Bölüm 1: Pasif Devre Elemanlarý "Dirençler, Kondansatörler, Bobinler"

Transkript

1 Bölüm 1: Pasif Devre Elemanlarý "Dirençler, Kondansatörler, Bobinler" Elektrik ve Elektronikle Ýlgili Temel Kavramlar 1. Elektrik Grek (Yunan) dilinde kehribar aðacýnýn adý elektriktir. Adý geçen toplumun bilginleri, bu aðacýn kurumuþ dallarýnýn saç kýllarýna sürtülmesinden sonra saman çöplerini çektiðini belirleyince, bu tip özellik gösteren tüm diðer cisimlere elektrik adýný vermiþlerdir. Çok eski çaðlarda ortaya konan elektrik kavramýnýn kapsadýðý alan statik (durgun) elektriktir. 16. yüzyýldan sonra hýzlanan bilimsel araþtýrmalarýn sonucunda ise durgun elektrik kavramýnýn ötesine geçilerek, bugün yaþantýmýzýn her alanýnda yararlandýðýmýz elektrikli ve elektronik donanýmlar geliþtirilmiþtir. 2. Elektronik Ýleriki bölümlerde ayrýntýlý olarak iþlenecek olan madde konusunda da görüleceði gibi doðada bulunan 105 elementten bazýlarýnýn atomlarýnýn son yörüngelerinde (valans yörünge) bulunan eksi (-) yüklü elektronlarýn hareketlerinden (davranýþlarýndan) yararlanarak çeþitli donanýmlarý yapma bilimine elektronik denir. Baþka bir taným ise þu þekildedir: Elektronik, serbest elektron hareketinin denetimini konu edinen bilim dalýdýr. 20. yüzyýl elektronik teknolojisinin atýlýma geçtiði çað olmuþtur. 21. yüzyýl ise yaþantýmýzýn her diliminin elektronik düzeneklerle donandýðý bir asýr olacaktýr. Elektronik bilim dalý hemen hemen bütün bilim dallarýyla içiçe geçmiþ durumdadýr. 1920'li yýllarda uygulamaya girmeye baþlayan ilk elektronik devreler lâmbalýydý. (Lâmbalý devre elemaný: Havasý boþaltýlmýþ elektron lâmbasýdýr.) 1950'li yýllardan sonra ise transistörlü elektronik devreler kullanýlmaya baþlandý. 1960'lý yýllarýn ortalarýndan sonra ise, transistörlerin yerine küçük ama çok iþlevli devre elemanlarý, yani entegreler ön plâna çýktý. Entegre (tümleþik devre, yonga, chip) olarak adlandýrdýðýmýz elemanlar, devrelerin yapýsýný basitleþtirmekte, çalýþma hýzýný artýrmakta ve doðru çalýþmayý saðlamaktadýr. Günümüzde elektronik, çok çeþitli dallara (endüstriyel elektronik, görüntü sistemleri, týp elektroniði, dijital elektronik, iletiþim, güvenlik...) ayrýlabilecek duruma gelmiþtir. Ancak elektronik temelde, iki kýsýmda incelenebilir: I. Analog (örneksel) elektronik II. Dijital (sayýsal) elektronik U (V) I (A) Þekil 1.1: Analog sinyal Analog esaslý devrelerde sinyalin deðiþimi þekil 1.1'de görüldüðü gibi küçük zaman aralýklarýnda olmaktadýr. Yani, her an sinyalin deðerleri farklýdýr ve sonsuz sayýda ara deðerler söz konusudur. Dijital özellikli devrelerde gerilimin yavaþ deðiþmesi, ona baðlý olarak devre 1 Þekil 1.2: Dijital sinyal

2 akýmýnýn yavaþ deðiþimi söz konusu olamaz. Dijital özellikli devrelerin sinyallerinde þekil 1.2'de görüldüðü gibi iki durum söz konusudur. Yani devreden akým geçmekte ya da geçmemektedir. Anlatýmlarda akýmýn geçme aný þekil 1.2'de görüldüðü gibi 1 ile, geçmeme aný ise 0 ile ifade edilir. Sonuç olarak analog devreler ölçüp örnekler, dijital devreler ise sayar. 3. Elektrik Akýmý Ýletkenden (ya da alýcýdan) birim zamanda geçen elektrik yükü (elektron) miktarýna akým denir. Akým, elektronlarýn hareketiyle ortaya çýkar. Ancak eskiden akýmýn artý (+) yüklü oyuklar tarafýndan taþýndýðý sanýldýðýndan, bugün de eski (klâsik) teorem kabul edilmektedir. Baþka bir deyiþle, bir pilde akým, artý (+) uçtan eksi (-) uca doðru gider deriz. Ancak gerçekte akým eksi (-) uçtan artý (+) uca doðru akar. iletken iletken elektron akýmýnýn yönü artý yük eksi yük elektrik akýmýnýn yönü U Þekil 1.3: Artý (+) ve eksi (-) yüklerin iletken içindeki hareketi Þekil 1.4: Elektrik akýmýnýn iletkenden geçiþinin basit olarak gösteriliþi Þekil 1.3'te iletken içindeki artý ve eksi yüklü parçacýklarýn hareket yönleri gösterilmiþtir. Þekil 1.4'te ise pilin eksi (-) ucundan çýkan elektronlarýn pilin artý (+) ucuna doðru hareketi görülmektedir. Elektrik devresinden geçen akým "I" ile + gösterilir ve ampermetreyle ölçülür. Akýmýn - birimi amper (A), denklemi, I = U/R [A] U R y þeklindedir. pil Þekil 1.5'te DC üreteciyle beslenen alýcýnýn çektiði akýmýn analog tip ampermetreyle ölçülmesine iliþkin baðlantý þemasý verilmiþtir. analog ampermetre Þekil 1.5: Ampermetrenin devreye baðlanýþý Akýmýn Ast Katlarý Pikoamper (pa), nanoamper (na), mikroamper (ma), miliamper (ma) Akýmýn Üst Katlarý Kiloamper (ka), megaamper (MA), gigaamper (GA) Not: Megaamper ve gigaamper uygulamada pek kullanýlmamaktadýr. Akýmýn ast ve üst katlarý biner biner büyür ve küçülür. 4. Gerilim (Elektromotor Kuvvet, EMK, Potansiyel Fark) Bir üretecin iki ucu arasýndaki potansiyel farka gerilim denir. Gerilim, voltmetreyle ölçülür ve U, E, V ya da e ile gösterilir. Birimi volt (V), denklemi, U = I.R [V] þeklindedir. alýcý 2

3 Gerilimin Ast Katlarý Pikovolt (pv), nanovolt (nv), mikrovolt (mv), milivolt (mv) Gerilimin Üst Katlarý Kilovolt (kv), megavolt (MV), gigavolt (GV) Not: Megavolt ve gigavolt uygulamada kullanýlmamaktadýr. Gerilimin ast ve üst katlarý biner biner büyür ve küçülür. 5. Ohm Kanunu (Yasasý) 1828 yýlýnda George Simon Ohm (Corc Saymýn Om) tarafýndan ortaya konan denkleme göre, bir alýcýya uygulanan gerilim arttýkça devreden geçen akým da artmaktadýr. Alýcýnýn direnci artýrýldýðýnda ise geçen akým azalmaktadýr. Baþka bir deyiþle 1 ohm, 1 volt uygulanmýþ devreden 1 amperlik akým geçmesine izin veren direnç miktarýdýr. U U U I I R R I R R I Þekil 1.6: Ohm kanununun deðiþkenlerinin üçgen içinde gösteriliþi Ohm kanununda ortaya konan deðiþkenlerin birbiriyle iliþkisi þekil 1.6'da verilen ohm üçgeniyle açýklanabilir. Bu üçgene göre, hesaplanmak istenen deðerin üzeri parmak ile kapatýlarak denklem kolayca çýkarýlabilir. Bu yaklaþýma göre: U = I.R [V], I = U/R [A], R = U/I [W ] eþitlikleri karþýmýza çýkar. 6. Elektronik Devre Elemanlarýnýn Ýþlev Açýsýndan Sýnýflandýrýlmasý a. Pasif Devre Elemanlarý Enerji kaynaðý ya da etkin elektromotor kuvvetleri olmayan, gerilim uygulandýðýnda geçen akýmýn sonucu olarak enerji harcayan ya da depolayan elemanlardýr. Þöyle ki; dirençler akým sýnýrlamasý yaparken ýsý ve ýþýk þeklinde enerji harcarlar. Kondansatörler, elektrik enerjisini elektrik yükü þeklinde, bobinler ise manyetik alan olarak depolarlar. b. Aktif Devre Elemanlarý Kendileri enerji üreten ya da enerji seviyesini yükselten elemanlardýr. Pil, dinamo, enerji üreten, amplifikatör, enerji seviyesini yükselten aktif eleman örneði olarak gösterilebilir. Pasif Devre Elemanlarýnýn Ýncelenmesi A. Dirençler (Rezistans, Resistance) Bir elektrik devresine gerilim uygulandýðýnda, alýcýdan akým geçmektedir. Geçen akýmý sýnýrlayan etken devredeki dirençtir. Bu yaklaþýma göre, elektrik akýmýnýn geçiþine karþý zorluk gösteren elemanlara direnç denir. Elektrik 3 eski sembol yeni sembol Þekil 1.7: Sabit direnç sembolleri

4 enerjisi direnç üzerinde ýsýya dönüþerek harcanýr. Dirençler, R ya da r ile ifade edilir. Elektrik devresinde direnç denklemi, R = U/I, direnç birimi ise W (ohm) dur. Þekil 1.7'de sabit direnç sembolleri verilmiþtir. Direncin Ast Katlarý Pikoohm (pw ), nanoohm (nw ), mikroohm (mw), miliohm (mw ) Direncin Üst Katlarý Kiloohm (kw ), megaohm (MW ), gigaohm (GW ) Not: Pikoohm, nanoohm, mikroohm, miliohm, gigaohm gibi birimlere sahip dirençler uygulamada pek kullanýlmamaktadýr. Dirençlerin Devredeki Ýþlevleri (Fonksiyonlarý) I. Devreden geçen akýmý sýnýrlayarak ayný deðerde tutmak. II. Devrenin besleme gerilimini bölerek, yani küçülterek baþka elemanlarýn çalýþmasýna yardýmcý olmak. III. Hassas yapýlý devre elemanlarýnýn aþýrý akýma karþý korunmasýný saðlamak. IV. Yük (alýcý) görevi yapmak. V. Isý elde etmek. Dirençlerin Üretim Þekline Göre Sýnýflandýrýlmasý a. Sabit Deðerli Dirençler Direnç deðerleri sabit olan, yani deðiþtirilemeyen elemanlardýr. Bu dirençler, üzerlerinden geçen akým ve gerilimin deðerine göre Resim 1.1: Sabit dirençler farklý direnç göstermezler. Ayrýca, dýþarýdan yapýlan etkiyle (mekanik ya da elektriksel) dirençleri deðiþtirilemez. Sabit deðerli dirençler 0,1 W dan 22 MW a kadar deðiþik deðerlerde ve çeþitli güçlerde üretilir. Ancak bu, her deðerde direnç üretilir anlamýna gelmez. Uygulamada standart deðerlere sahip dirençler karþýmýza çýkar. Eðer standart dýþý deðerde bir dirence gerek duyulursa seri ya da paralel baðlama yapýlýr. Ya da ayarlý direnç kullanýlýr. (a) (b) (c) (d) Resim 1.2: Çeþitli ayarlý dirençler b. Ayarlý (Deðiþken Deðerli) Dirençler Direnç deðerleri, hareket ettirilebilen orta uçlarý sayesinde ayarlanabilien elemanlardýr. Bu elemanlar yüksek dirençli tel sarýmlý ya da karbondan yapýlýrlar. Karbon tip ayarlý dirençler resim 1.2-a'da görüldüðü gibi, karbon karýþýmlý disk biçiminde yapýlýr. Direnç görevini, sýkýþtýrýlmýþ kâðýt ya da disk þeklindeki karbon üzerine ince bir tabaka þeklinde kaplanmýþ karbon karýþýmý yapar. Karbon diskin kesilerek elde edilmiþ iki ucuna baðlantý terminalleri takýlýr. Üçüncü uç, esnek gezer kontak biçiminde olup, disk üzerine sürtünerek döner ve istenilen direnç deðerinin elde edilmesini saðlar. Bazý tiplerde gezer uç resim 1.2-d'de görüldüðü gibi doðrusal kaymalý 4

5 hareketli sürgü direnç teli hareketli sürgü Resim 1.3: Reostalar þekilde de olabilir. Ayarlý dirençlerin yüksek akým ve gerilimlere dayanýklý olanlarýna ise reosta denir. Reostalar, devrede akým, gerilim ayarý yapmak için kullanýlan dirençlerdir. Resim 1.3'te çeþitli reostalar görülmektedir. Dirençlerin Yapýldýðý Maddeye Göre Sýnýflandýrýlmasý a. Karbon Karýþýmlý Dirençler Þekil 1.8'de görüldüðü gibi toz hâlindeki karbonun, dolgu maddesi ve reçineli tutkal ile karýþýmýndan yapýlmýþ direnç çeþididir. Karbon dirençlerin hata (tolerans) oranlarý yüksektir ve kullanýldýkça (eskidikçe) direnç deðerleri de deðiþir. Deðiþim zaman içinde ± % 20 lere kadar yükselebilir. gövde karbon karýþýmlý direnç maddesi seramik metal film direnç Þekil 1.8: Karbon karýþýmlý direncin yapýsý Þekil 1.9: Film direncin yapýsý b. Film (Ýnce Tabakalý) Dirençler Seramik bir çubuðun üzerinin elektrik akýmýna karþý direnç gösteren madde ile kaplanmasýyla elde edilen direnç çeþididir. Þekil 1.9'da film direncin yapýsý gösterilmiþtir. Uygulamada kullanýlan film direnç çeþitleri þunlardýr: I. Karbon film dirençler, II. Metal oksit film dirençler, III. Metal cam karýþýmý film dirençler, IV. Cermet (ceramic-metal) film dirençler, V. Metal film dirençler Film tipi dirençlerin hata oranlarý ± % 0,1-2 gibi çok küçük olabilmektedir. Ayrýca bu tip dirençlerin yük altýndaki kararlýlýklarý da çok iyidir. O nedenle bu tip dirençler hassas yapýlý elektronik devrelerde yaygýn olarak kullanýlýrlar. c. Tel Sarýmlý (Taþ) Dirençler Krom-nikel, nikel-gümüþ, konstantan, tungsten, manganin gibi maddelerden üretilmiþ tellerin ýsýya dayanýklý olan porselen, bakalit, amyant benzeri maddeler üzerine sarýlmasýyla yapýlan dirençlerdir. 5

6 Direnç ýsýnýnca lehimli baðlantý erir ve kontaklar birbirinden ayrýlýr. 22 W, ±% 10 toleranslý taþ direnç ýsýtýcý olarak kullanýlan taþ direnç 10 W 5 W Resim 1.4: Çeþitli taþ dirençler Þekil 1.10: Termik düzenekli taþ dirençler Taþ dirençler büyük güçlü olduðundan yüksek akým taþýyabilirler. Resim 1.4'te görülen taþ dirençlerin büyük güçlü olmasý, bu elemanlarýn etrafa yaydýðý ýsýnýn da artmasýna yol açar. Ýþte bu nedenle sýcaktan etkilenen elektrolitik kondansatör, diyod, transistör, entegre gibi elemanlar taþ dirençlerin çok yakýnýna monte edilmez. Uygulamada kullanýlan bazý taþ (tel) dirençlerde, aþýrý akým geçiþi durumunda diðer devrelerin zarar görmesini engellemek amacýyla yapýlmýþ termik düzenekler vardýr. Þekil 1.10'da görüldüðü gibi direncin gövdesi üzerinde aþýrý akým sonucu oluþan ýsý lehimi eritir. Direnç gövdesindeki iki uç birbirinden ayrýlýr ve akým geçiþi durur. Sigortanýn atmasý (lehimin erimesi) dirençten aþýrý akým geçiþi olduðunu gösterir. Onarým yapýlýrken ayrýlan kýsmý tel kullanarak birbirine baðlamak çok sakýncalýdýr. Bu yapýldýðý zaman koruma düzeneði bir daha görev yapamayarak devrenin baþka kýsýmlarýnýn bozulmasýna yol açar. Karbon ve Tel Sarýmlý Dirençlerin Teknik Özellikler Bakýmýndan Karþýlaþtýrýlmasý a. Karbon Dirençler b. Tel Sarýmlý (Taþ) Dirençler -Büyük deðerli direnç yapmaya uygundur. -Küçük deðerli dirençleri yapmaya uygundur. -Küçük akýmlý devrelerde kullanýlýr. -Büyük akýmlý devrelerde kullanýlýr. -Direnç deðeri renk koduyla belirtilir. -Direnç deðeri gövde üzerinde yazýlýdýr. -Güçleri 1/10 W-5 W arasýnda deðiþir. -Güçleri W arasýndadýr. direnç maddesi hareketli uç potansiyometrenin iç yapýsý milli potansiyometre sürgülü potansiyometre Þekil 1.11: Potansiyometre sembolü Resim 1.5: Potansiyometreler Ayarlý Direnç Çeþitleri a. Potansiyometreler (Pot) Direnç deðerleri, dairesel olarak dönen bir mil ya da sürgü kolu aracýlýðýyla deðiþtirilebilen elemanlara potansiyometre denir. Þekil 1.11'de potansiyometre sembolü, resim 1.5'te potansiyometrenin iç yapýsý ve potansiyometre örnekleri verilmiþtir. 6

7 Uygulamada kullanýlan potansiyometre çeþitleri þunlardýr: I. Anahtarlý Potansiyometre Bir anahtar ile potansiyometre ayný gövdede birleþtirilip hem açma kapama hem de akým ayar iþlemini yapabilen elemana anahtarlý pot denir. Resim 1.6'da görülen anahtarlý potlar radyo, teyp, dimmer vb. gibi cihazlarda kullanýlýr. ayarlý direnç uçlarý ayarlý direnç uçlarý anahtar uçlarý Resim 1.6: Anahtarlý potansiyometreler Resim 1.7: Stereo potansiyometreler II. Stereo (Steryo) Potansiyometre Ýki potansiyometrenin bir gövde içinde birleþtirilmesiyle yapýlmýþ olup, stereo (steryo, iki yollu) ses devrelerinde kullanýlan elemanlardýr. Resim 1.7'de stereo potansiyometre örnekleri görülmektedir. III. Oto Radyo Teyp Potansiyometresi Taþýtlardaki radyo-teyplerde kullanýlan potlar çoklu yapýdadýr. Yani bir mil üzerine bir kaç adet pot ve açma-kapama (on-off) anahtarý monte edilmiþtir. Bu potlar, ses, balans, fader (önarka) fonksiyonlarýný yerine getirirler. b. Trimpot (Trim, Trimer Direnç) Direnç deðerinin ara sýra deðiþmesinin gerektiði devrelerde kullanýlan elemandýr. Yapý olarak potansiyometrelere benzer. Direnç deðerleri düz ya da yýldýz uçlu tornavidayla deðiþtirilebilir. Þekil 1.12'de trimpot sembolleri, resim 1.8'de ise trimpot örnekleri verilmiþtir. Þekil 1.12: Trimpot sembolleri Resim 1.8: Çeþitli trimpotlar Resim 1.9: Vidalý tip ayarlý direnç c. Vidalý Tip (Çok Turlu) Ayarlý Direnç Sonsuz diþli özellikli vida üzerinde hareket eden bir týrnak, kalýn film yöntemiyle oluþturulmuþ direncin üzerinde konum deðiþtirerek direnç ayarýnýn yapýlmasýný saðlamaktadýr. Hareketli olan týrnak potansiyometrenin orta ucudur. Bu tip ayarlý dirençlerle çok hassas direnç ayarý yapmak mümkündür. Resim 1.9'da vidalý tip ayarlý direnç verilmiþtir. 7

8 Ayarlý Dirençlerin Direnç Deðiþim Karakteristikleri Ayarlý dirençler, kullanýlacaklarý devreye göre üç ayrý özellikte üretilirler. Þimdi bunlarý inceleyelim. a. Direnç Deðerleri Lineer (Doðrusal) Olarak Deðiþen Ayarlý Dirençler Direnç deðerleri sýfýrdan itibaren doðrusal (eþit adým, eþit direnç) olarak artar. Gövdelerinde LIN (lin) sözcüðü bulunur. Örneðin üzerinde LIN 220 k yazýlý olan bir pot lineer özellikte ve 220 kw deðerindedir. LIN yazýlý dirençlerde deðiþim düzgün olmaktadýr. Lineer potansiyometreler, güç kaynaðý, zamanlayýcý vb. devrelerinde kullanýlýrlar. Lineer potansiyometrelerde direncin deðiþim þeklini anlayabilmek için þekil 1.13 ve þekil 1.14'e bakýnýz. b. Pozitif Logaritmik (Poz. Log.) Özellikli Ayarlý Dirençler Direnç deðerleri sýfýrdan itibaren logaritmik (eðrisel) olarak artar. Ayar milinin ileri hareketiyle direncin deðiþiminin logaritmik olabilmesi için karbon maddesinin yoðunluðu da logaritmik olarak deðiþecek þekilde ayarlanmýþtýr. Ýnsan kulaðý logaritmik yapýda negatif log. pozitif log. olduðundan sesle ilgili elektronik devrelerde (radyo, TV, anfi vb.) bu tip dirençler kullanýlýr. Gövdelerinde LOG ya da POZ. LOG sözcüðü bulunur. Volüm (ses) kontrolünde lineer bir pot kullanýlýrsa, ses yavaþ yavaþ açýlýrken, önceleri hiç artmýyormuþ gibi olur. Potun son bölmesinde ise ses birden artar. Bunun nedeni insan kulaðýnýn logaritmik bir organ olmasýndandýr. Aslýnda ses lineer bir potta eþit olarak artmaktadýr. Fakat insan kulaðý zayýf seslere karþý hassas, kuvvetli seslere karþý giderek daha az duyduðundan algýlama hatasý söz konusu olmaktadýr. Logaritmik bir pot ile yapýlan ses ayarý ise kulak tarafýndan çok iyi algýlanabilmektedir. Pozitif logaritmik potansiyometrelerde direncin deðiþim þeklini anlayabilmek için þekil 1.13'e bakýnýz. c. Negatif Logaritmik (Neg. Log) Özellikli Ayarlý Dirençler Direnç deðerleri sýfýrdan maksimum (en yüksek) deðere doðru logaritmik (eðrisel) olarak artar. POZ. LOG. özellikli dirençlere çok benzerler. Sadece direncin deðiþim þekli sýfýrdan itibaren biraz daha hýzlýdýr. Gövdelerinde LOG ya da NEG. LOG sözcüðü yer alýr. Negatif logaritmik potansiyometrelerde direncin deðiþim þeklini anlayabilmek için þekil 1.13'e bakýnýz. 8 R (W ) lineer çalýþma alaný Þekil 1.13: Ayarlý dirençlerin deðerinin deðiþim þekillerini Þekil 1.14: Lineer potansiyometrelerde direncin deðiþim aralýklarý 5 kww 5 kw W Þekil 1.15: Logaritmik potansiyometrelerde direncin deðiþim aralýklarý

9 A C B P A, B: sabit uçlar U giriþ A C U giriþ R yük U çýkýþ C: gezici uç B U çýkýþ Þekil 1.16: Ayarlý dirençlerin akým ayarlayýcý olarak kullanýlmasý Þekil 1.17: Ayarlý dirençlerin gerilim ayarlayýcý olarak kullanýlmasý Ayarlý Dirençlerin Kullaným Alanlarý a. Akým Ayarlayýcý (Sýnýrlayýcý) Olarak Kullanma Ayarlý dirençler kullanýlarak herhangi bir devreden geçen akýmýn deðeri ayarlanabilmektedir. Þekil 1.16'da görülen baðlantý yapýlýp potun orta ucu hareket ettirilirse alýcýdan geçen akýmýn deðerinin deðiþtiði görülür. b. Gerilim Ayarlayýcý Olarak Kullanma Ayarlý dirençler kullanýlarak herhangi bir devreye uygulanan gerilimin deðeri ayarlanabilmektedir. Þekil 1.17'de görülen baðlantý yapýldýktan sonra ayarlý direncin orta ucu hareket ettirilirse alýcýya uygulanan gerilimin deðerinin deðiþtiði görülür. Ayarlý Dirençlerin Saðlamlýk Testi Ohmmetrenin problarý þekil 1.18-a'da görüldüðü gibi ilk önce ayarlý direncin kenar uçlarýna dokundurularak eleman üzerinde yazýlý direnç deðerinin doðru olup olmadýðýna bakýlýr. Daha sonra þekil 1.18-b'de görüldüðü gibi problarýndan birisi ayarlý direncin hareketli ucuna, diðeri de sýrayla kenarlarda bulunan sabit uçlara deðdirilir. Orta ve kenar uçlara problar deðdirilirken ayarlý direncin mili çevrildiðinde (ya da sürgüsü hareket ettirildiðinde) direnç deðerinde deðiþim görülürse elemanýn saðlam olduðu anlaþýlýr. W W R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 R 6 (a) (b) Þekil 1.18: Ayarlý dirençlerin saðlamlýk testinin yapýlýþý Þekil 1.19: Kademeli direnç sembolleri Þekil 1.20: Kademeli dirençlerin yapýsý Kademeli Dirençler Bir gövde içine yerleþtirilmiþ dirençten çok uç çýkarýlarak yapýlan elemanlara kademeli direnç denir. Þekil 1.19'da kademeli direnç sembolleri, þekil 1.20'de sekiz uçlu kademeli direnç örneði, resim 1.10'da ise uygulamada kullanýlan kademeli direnç çeþitlerine yer verilmiþtir. 9

10 Resim 1.10: Çeþitli kademeli dirençler Kademeli Direnç Çeþitleri a. Çok Ayaklý Kademeli Dirençler Bir gövde içine yerleþtirilmiþ bir kaç adet dirençten oluþur. Çok ayaklý olup, bir kaç farklý deðerde direnç elde etmeye yarar. Bu tip dirençler, devrelerde gerilim bölücü olarak kullanýlýr. Resim 1.10'da kademeli direnç örnekleri verilmiþtir. b. Direnç Kutularý Kalibrasyon (ayar) iþlerinde ve deney yapmada kullanýlan elemanlara direnç kutusu denir. Bir kutu içine yerleþtirilmiþ olan dirençlerin deðeri ayar düðmeleriyle deðiþtirilerek istenilen deðerde direnç elde edilebilmektedir. Örneðin 10'lu direnç kutularýnda herbiri 1-10 arasýnda adýmlandýrýlmýþ 5 kademe komütatörü vardýr. Komütatörlerin adýmlarý, eþit deðerlikli dirençleri, sýralý olarak devreye alýr ya da çýkartýr. Komütatörün kontrol ettiði 10'lu direnç gruplarý ise birbirine seri baðlýdýr. Direnç kutusu üzerinde bulunan komütatörlerin her biri bir direnç deðerini ifade eder. Þöyle ki; birinci komütatörde dirençler birer birer artar. Yani 6 W elde etmek için komütatör 6. konuma getirilir. Ýkinci komütatörde ise kademeler 10'ar 10'ar yükselir. 30 W elde etmek için bu komütatörü 3. kademeye getirmek gerekir. Bu sisteme göre W luk direnç elde etmek için komütatörler þu kademelere getirilir: 5. komütatör: 3x komütatör: 3x komütatör: 2x komütatör: 5x10 1. komütatör: 7x1 Resim 1.11: Direnç kutularý Entegre Tipi Dirençler Çok karmaþýk devrelerde bir çok direnç bir gövde içinde toplanarak montaj kolaylýðý saðlayan direnç modülleri kullanýlýr. Bu tip dirençlerin baðlantýsýný doðru yapabilmek için üretici firmalarýn kataloglarýna bakmak gerekir. Þekil 1.21'de entegre tipi direnç örneklerine yer verilmiþtir. 10

11 Þekil 1.21: Çeþitli entegre tipi dirençler SMD Tip (Surface Mounted Device, Yüzeye Monte Edilmiþ Eleman) Dirençler SMT (surface mount technology, yüzey montaj teknolojisi) yöntemiyle üretilmiþ küçük boyutlu elemanlardýr. SMD dirençlerin güç ve akým deðerleri çok küçük olduðundan düþük akým çeken devrelerde (osilatör, tuner, kumanda devreleri) kullanýlmaya uygundurlar. Bu tip dirençleri söküp takmak için hassas çalýþmak ve ince uçlu kaliteli havyalar kullanmak gerekir. Resim 1.12'de SMD dirençler verilmiþtir. SMD dirençlerin omaj deðeri gövde üzerine yazýlan rakamlarla ifade edilmektedir. Deðer belirtmede kullanýlan rakamlarýn en sonda olaný çarpandýr. Bunu örneklerle açýklarsak, 180 = 18 W, 332 = 3300 W, 471 = 470 W dur. Resim 1.12: SMD (chip) dirençler Dirençlerin Baðlantý Þekilleri Elektronik devrelerde kullanýlan dirençler seri, paralel ya da karýþýk olarak baðlanarak çeþitli deðerlerde dirençler elde edilebilir. Þimdi bu baðlantýlarý inceleyelim. a. Dirençlerin Seri (Ard Arda) Baðlanmasý Dirençler seri baðlandýðýnda toplam direnç artar. Ýstenilen deðerde direnç yoksa seri baðlantý yapýlýr. Örneðin, iki adet 220 W luk direnç seri baðlanarak 440 W luk direnç elde edilir. Þekil 1.22'de dirençlerin seri baðlantýsý verilmiþtir. Bu tip baðlantýda toplam direncin bulunmasýnda kullanýlan denklem: R T = R 1 + R 2 + R R n [W ] þeklindedir. Örnek: Deðerleri R 1 = 12 W ve R 2 = 10 W olan iki direnç birbirine seri olarak baðlanmýþtýr. Devrenin toplam (eþ deðer) direnç deðerini bulunuz. Çözüm: R T = R 1 + R 2 = = 22 W 11

12 R 1 R 2 R n R T Þekil 1.22: Dirençlerin seri baðlanmasý R 1 R 2 R 3 R T Þekil 1.23: Dirençlerin paralel baðlanmasý R 1 R 2 R T R 3 Þekil 1.24: Dirençlerin karýþýk baðlanmasý b. Dirençlerin Paralel Baðlanmasý Paralel baðlantýda toplam direnç azalýr. Ancak, daha yüksek akým geçirebilen güçlü bir direnç elde edilir. Örneðin, 1500 W luk ve 1/4 W lýk iki direnç paralel baðlanacak olursa, 750 W ve 1/ 2 W lýk direnç elde edilir. Þekil 1.23'te dirençlerin paralel baðlantýsý verilmiþtir. Paralel baðlamada toplam direncin bulunmasýnda kullanýlan denklem: 1 R 1 1 = + R R 1 + R T R n 1 [ Ω] þeklindedir. Örnek: Deðerleri R 1 = 6 W ve R 2 = 4 W olan iki direnç birbirine paralel olarak baðlanmýþtýr. Devrenin toplam direnç deðerini bulunuz. Çözüm: 1/R T = 1/R 1 +1/R 2 = 1/6+1/4 = 2,4 W c. Dirençlerin Karýþýk (Seri - Paralel) Baðlanmasý Karýþýk baðlantýda dirençler seri ve paralel durum arz ederler. Þekil 1.24'te dirençlerin karýþýk baðlantýsýna örnek devre verilmiþtir. Karýþýk baðlý direnç devrelerinde toplam (eþ deðer) direnç bulunurken, devrenin paralel ve seri kýsýmlarý ayrý ayrý hesaplanarak sadeleþtirme yapýlýr. Sadeleþtirme yapýldýkça devre seri hâle gelir. Örnek: Deðerleri R 1 = 2 W, R 2 = 5 W, R 3 = 5 W olan üç direnç þekil 1.25'teki gibi karýþýk olarak baðlanmýþtýr. Devrenin toplam (eþ deðer) direncini bulunuz. R 1 =2 W R 2 =5 W Çözüm: 1/R T1 = 1/R 2 +1/R 3 = 1/5+1/5 = 2/5 R T1 = 5/2 = 2,5 W R T = R 1 + R T1 = 2 + 2,5 = 4,5 W R 3 =5 W R T =? Þekil 1.25: Dirençlerin karýþýk baðlanmasý Kirchhoff Kanunlarý a. Kirchhoff (Kirþof)'un Gerilim Kanunu Þekil 1.26'da görüldüðü gibi seri olarak baðlanmýþ dirençlerin üzerine düþen gerilimlerin deðerlerinin toplamý devreye uygulanan gerilime eþittir. Yani, U T = U 1 + U U n [V] tur. U = I.R olduðundan denklem, U T = I.R 1 + I.R I.R n þeklinde de yazýlabilir. 12

13 Þekil 1.26: Kirþof'un gerilim kanununun isbatýnýn yapýlýþý Þekil 1.27: Kirþof'un gerilim kanunuyla ilgili devre örneði Örnek: Þekil 1.27'de verilen birbirine seri olarak baðlanmýþ üç direncin üzerinde düþen gerilimler, U R1 = 32 volt, U R2 = 28 volt, U R3 = 40 volt olarak ölçülmüþtür. Buna göre devreye uygulanan gerilimin toplam deðeri nedir? Çözüm: U T = U R1 + U R2 + U R3 = = 100 V Örnek: Þekil 1.27'de verilen devrede R 1 = 8 W, R 2 = 7 W, R 3 = 10 W olduðuna göre, a. Devrenin toplam direncini bulunuz. b. Devreden geçen toplam akýmý bulunuz. Çözüm: a. R T = R 1 + R 2 + R 3 = = 25 W b. I T = U T /R T = 100/25 = 4 A b. Kirchhoff'un Akým Kanunu Þekil 1.28'de görüldüðü gibi paralel olarak baðlanmýþ dirençlerin üzerinden geçen akýmlarýn toplamý, devreden geçen toplam akýma eþittir. Yani, I T = I 1 + I I n [A] I = U/R olduðundan denklem, Þekil 1.28: Kirþof'un akým kanununun isbatýnýn yapýlýþý I T = U/R 1 +U/R U/R n þeklinde de yazýlabilir. Not: Dirençler paralel baðlýyken hepsinin üzerinde de ayný deðerde gerilim düþümü olur. Örnek: Þekil 1.29'da verilen devrede birbirine paralel baðlanmýþ iki direncin üzerinden geçen akýmlar ölçülmüþ ve I 1 = 6 A, I 2 = 4 A olarak belirlenmiþtir. Buna göre devreden geçen akýmýn toplam deðeri nedir? Çözüm: I T = I 1 +I 2 = 6+4 = 10 A Örnek: Þekil 1.29'da verilen devrede birbirine paralel baðlý iki direncin deðerleri R 1 = 4 W, 13 Þekil 1.29: Kirþof'un akým kanunuyla ilgili devre örneði

14 R 2 = 6 W, devreden geçen toplam akým 10 A olduðuna göre, a. Devrenin toplam direncini bulunuz. b. Devreye uygulanan gerilimin deðerini bulunuz. Çözüm: a. 1/R T = 1/R 1 + 1/R 2 = 1/4 + 1/6 = (6 + 4)/24 = 24/10 = 2,4 W b. U T = I T.R T = 10.2,4 = 24 V Elektrikte Güç (P) DC (doðru akým) ile çalýþan alýcýlarda akým ile gerilimin çarpýmý gücü vermektedir. Baþka bir deyiþle güç, birim zamanda yapýlan iþ olarak tanýmlanýr. Güç denklemleri: P = U.I = I 2.R = U 2 /R [W] Elektronik Devrelerde Kullanýlan Dirençlerde Güç Standart omaj deðerlerindeki dirençler çeþitli güçlerde üretilmektedirler. Devrelerde kaç wattlýk direnç kullanýlacaðý verilen þemalarda þekil ya da yazý ile belirtilmektedir. Þekil 1.30'da dirençlerin güç deðerinin þekillerle, þekil 1.31'de ise yazýyla gösteriliþine iliþkin örnekler verilmiþtir. Elektronik cihazlarda çoðunlukla (radyo, TV, müzik seti vb.) 1/6 W ve 1/4 W lýk (çeyrek watt) sabit dirençler kullanýlmaktadýr. 1/20 W 1/10 W 1/8 W 1/4 W 1/3 W 1/2 W 3/4 W 1 W 2 W Þekil 1.30: Dirençlerin güç deðerinin þekillerle belirtilmesi W 100 W 2 Elektronik devrelerde rastgele direnç kullanýlmaz. Direnç seçiminde omaj (W ) deðerinin yanýnda, güç deðerinin uygunluðuna da dikkat edilir. Mini radyo, walkman (volkmen) 22 W 5 W Þekil 1.31: Dirençlerin güç deðerinin yazýyla belirtilmesi gibi az akým çekerek çalýþan aygýtlarda minik boyutlu, yani küçük güçlü ayarlý dirençler kullanýlýrken, müzik seti, dimmer, akü þarj cihazý vb. gibi aygýtlarda büyük boyutlu dirençler kullanýlýr. Ýþte bu nedenle, düþük güçlü bir direnci yüksek akýmlý bir devreye baðlayamayýz. Baðlama yapýlýrsa eleman bozulur. Þekil 1.31'de dirençlerin güç deðerinin yazýyla gösteriliþine iliþkin örnekler verilmiþtir. Dirençlerin Standart Güç Deðerleri 1/20-1/10-1/8-1/6-1/4 (çeyrek watt)-1/3-1/2 (yarým watt) -3/ watt 14

15 Dirençlerin Omaj (W ) Deðerinin Belirtilmesi Uygulamada kullanýlan yüzlerce deðiþik modeldeki dirençlerin omaj deðeri çeþitli biçimlerde belirtilmektedir. 50 MW Bunlardan rakam ve renk bantlarýyla yapýlan kodlama çok yaygýndýr. Dirençlerin renk kodlamasý EIA 1 MW (Electronics Industries Assocation, Elektronik Endüstrisi Birliði) tarafýndan standartlaþtýrýlmýþtýr. 5W 1.1 W 2 W Dirençlerde Omaj Deðerini J Belirtme Yöntemleri Þekil 1.32: Dirençlerin omaj (W ) deðerinin yazýyla belirtilmesine iliþkin örnekler a. Dirençlerin Deðerinin Yazýlý Olarak Belirtilmesi Dirençlerin omaj deðeri bazý modellerin üzerinde þekil 1.32'de görüldüðü gibi rakam olarak yazýlýdýr. Bu yöntemde, W dan küçük deðerli dirençlerde R harfi, ondalýklý sayýlardaki virgül gibi kullanýlýr. -1 kw dan 999 kw a kadar olan dirençlerde k harfi kullanýlýr. -1 MW dan 999 MW a kadar olan dirençlerde M harfi kullanýlýr. Yani, R, ohm, k, kiloohm, M, megaohm anlamýna gelir. Örnekler R10 = 0,10 W R33 = 0,33 W R47 = 0,47 W 1R33 = 1,33 W 100R = 100 W k91 = 0,91 kw 1k = 1 kw 1k0 = 1 kw 2k7 = 2,7 kw 10 k = 10 kw 47 k = 47 kw 10M = 10 MW Deðeri Rakam ve Harflerle Belirtilen Dirençlerin Toleransýný Belirten Harfler B: ± % 0,1 C: ± % 0,25 D: ± % 0,5 F: ± % 1 G: ± % 2 J: ± % 5 K: ± % 10 M: ± % 20 N: ± % 30 Tolerans Deðerli Rakamsal Kodlama Örnekleri R33M: 0,33 W ± % 20 R47J: 0,47 W ± % 5 6k8F: 6,8 W ± % 1 10R5D: 10,5 W ± % 0,5 330F: 330 W ± % J: 2200 W ± % 5 2k6J: 2,6 kw ± % 5 6R8M: 6,8 W ± % 20 57kK: 57 kw ± % 10 b. Dirençlerin Deðerinin Renk Bantlarýyla Belirtilmesi Karbon ve metal filmden yapýlmýþ dirençlerin çoðunda renk bantlarýyla yapýlmýþ kodlama kullanýlýr. Bu yöntemde direnç devreye nasýl takýlýrsa takýlsýn kodlama renk bantlarýyla yapýldýðýndan elemanýn deðeri kolayca belirlenebilir. Renklerle yapýlan kodlamalarda 3, 4, 5 ve 6 renk bandý kullanýlýr. Hassas dirençlerde kararlýlýk faktörünün belirtilmesi renk bantlarýyla yapýldýðýndan bunlarda 6. renk bandý da bulunur. Bu bölümde az karþýlaþýldýðý için 6 renk halkalý kodlama üzerinde durulmamýþtýr. 15

16 Renk kodlarýný kolayca öðrenebilmek için kullanýlan anahtar cümle, SoKaKTaSaYaMaM GiBidir. Burada büyük harflerin herbiri bir rengi ifade etmektedir. Þöyle ki; S, siyah, K, kahverengi, K, kýrmýzý, T, turuncu, S, sarý, Y, yeþil, M, mavi, M, mor. G, gri, B, beyazdýr. Dirençlerde kullanýlan renk bantlarýnýn Ýngilizce karþýlýklarý þöyledir: 0: Black, 1: Brown, 2: Red, 3: Orange, 4: Yellow, 5: Green, 6: Blue, 7: Violet, 8: Gray, 9: White, Silver: Gümüþ, Gold: Altýn Renk Sayý Tolerans Çarpan Siyah (10 0 ) Kahve 1 ±% 1 0 (10 1 ) Kýrmýzý 2 ±% 2 00 (10 2 ) Turuncu (10 3 ) Sarý (10 4 ) Yeþil 5 ±% (10 5 ) Mavi 6 ±% (10 6 ) Mor 7 ±% (10 7 ) Gri 8 ±% (10 8 ) Beyaz (10 9 ) Altýn - ±% 5 0,1 (10-1 ) Gümüþ - ±% 10 0,01 (10-2 ) Renksiz - ±% Tablo 1.1: Direnç renk kodlarý tablosu Dirençlerin renk bantlarýyla kodlanýþ þekilleri þöyledir: 1. Üç Renk Bantlý (Halkalý) Kodlama Eski tip sabit dirençlerde kullanýlan kodlamadýr. Uygulamada nadiren karþýlaþýlýr. Renk bantlarýnýn anlamlarý: 1. bant: Sayý, 2. bant: Sayý, 3. bant: Çarpan (eklenecek sýfýr sayýsýdýr). Direncin üzerinde dördüncü renk bandý olmadýðýndan (renksiz), tolerans ± % 20 olarak kabul edilir. Not: Renk bantlarý direncin gövdesinin hangi kenarýna yakýnsa o taraf birinci banttýr. Örnek: Yeþil, mavi, siyah, renksiz : 56 W ± % 20 Direncin toleranssýz (hatasýz) deðeri : 56 W Direncin hata payý : 56.0,20 = 11,2 + toleranslý direnç deðeri : 56+11,2 = 67,2 W - toleranslý direnç deðeri : 56-11,2 = 44,8 W Örnek olarak verilen 56 W luk direncin gerçek deðeri toleransý ile birlikte düþünüldüðünde 44,8-67,2 W arasýnda bir deðer olabilir. Örnek: Gri, kýrmýzý, kahverengi, renksiz : 820 W ± % 20 Örnek: Kýrmýzý, mor, turuncu, renksiz : W : 27 kw ± % 20 Örnek: Kahve, yeþil, sarý, renksiz : W : 150 kw ± % 20 Þekil 1.33: Üç renk bantlý kodlama Þekil 1.34: Dört renk bantlý kodlama Þekil 1.35: Beþ renk bantlý kodlama 2. Dört Renk Bantlý (Halkalý) Kodlama Renk bantlarýnýn anlamlarý: 1. bant: Sayý, 2. bant: Sayý, 3. bant: Çarpan, 4. bant: Tolerans Örnek: Kahverengi, yeþil, altýn, gümüþ : 1,5 W ± % 10 Örnek: Kahverengi, gri, altýn, altýn : 1,8 ± % 5 Örnek: Kahve, siyah, siyah, altýn : 10 W ± % 5 Örnek: Gri, kýrmýzý, siyah, gümüþ : 82 W ± % 10 16

17 Örnek: Beyaz, kahverengi, siyah, gümüþ : 91 W ± % 10 Örnek: Kýrmýzý, mor, kahverengi, altýn : 270 W ± % 5 3. Beþ Renk Bantlý (Halkalý) Kodlama Renk bantlarýnýn anlamlarý: 1. bant: Sayý, 2. bant: Sayý, 3. bant: Sayý, 4. bant: Çarpan, 5. bant: Tolerans Örnek: Kahverengi, kýrmýzý, yeþil, gümüþ, kahverengi : 1,25 W ± % 1 Örnek: Kýrmýzý, yeþil, turuncu, gümüþ, kahverengi : 2,53 W ± % 1 Örnek: Kýrmýzý, mor, yeþil, altýn, gümüþ : 27,5 W ± % 10 Örnek: Sarý, mor, yeþil, altýn, altýn : 47,5 W ± % 5 Örnek: Kýrmýzý, sarý, beyaz, siyah, altýn : 249 W ± % 5 Dirençlerde Tolerans (Hata Oraný) Ýstenilen deðerde direnç yapýlmasý oldukça güçtür. O nedenle pratikte kullanýlan dirençler, üzerlerinde belirtilen deðerden biraz farklýdýr. Yani 100 W olarak bilinen bir direncin deðeri tam olarak 100 W olamamaktadýr. Ýþte bu durum üretici firmalar tarafýndan direncin üzerinde belirtilir. Tolerans kavramý, direncin üretim hatasýnýn yüzdesel olarak ifade edilmesi olarak tanýmlanabilir. Dirençlerde hata oraný % 0,05-20 arasýnda deðiþmektedir. Pratikte yaygýn olarak kullanýlan direnç çeþitleri ise % 5-10 toleranslýdýr. Bir direncin tolerans deðerinin yüksek olmasý (ya da yükselmesi) istenmeyen bir durumdur. Düþük toleranslý dirençlerle yapýlan devrelerin kararlýðý iyi olacaðýndan, bu tip eleman kullanýlarak yapýlan cihazlarýn ömürleri de uzun olmaktadýr. O nedenle tolerans deðeri yüksek olan kalitesiz dirençlerle hassas devre üretmekten kaçýnýlmalýdýr. Ayarlý Dirençlerin Bakýmý Nem, toz, aþýrý akým ve aþýnma zamanla ayarlý direncin özelliklerinin bozulmasýna yol açar ve devre arýzalanýr. Bu durumdaki ayarlý dirençler, kontak temizleme spreyi ya da baþka bir maddeyle (alkol, ispirto vb.) temizlenir. Hareketli ayaklar kývýrýlarak dirençli kýsma iyice temas etmesi saðlanýr. Düzelme olmazsa eleman deðiþtirilir. Özellikle tv, radyo, ve teyp gibi cihazlarda kullanýlan ayarlý dirençler yýpranmadan dolayý sýk sýk arýzaya neden olurlar. Ayarlý Direnç Baþlýklarý Uygulamada kullanýlan potansiyometrelerin kolayca kumanda edilebilmesi için çeþitli modellerde pot baþlýklarý üretilmektedir. Potun miline kumanda eden çubuk þeklindeki kýsma geçirilerek kullanýlan baþlýklarýn kimisi sadece geçmeli kimisi ise vida ile sýkýþtýrmalý tiptedir. Resim 1.13: Ayarlý direnç baþlýklarý Direnç Üretim Serileri Dirençler, özel üretimler hariç standart deðerlerde üretilirler. Bu durumda, bir elektronik devrede kullanýlacak direnç standart deðerlerin dýþýndaysa, piyasada bulmamýz mümkün deðildir. Ancak, bazý üretici firmalar geliþtirdikleri devrenin çok kararlý çalýþmasýný saðlamak için standart dýþý deðere sahip direnç îmal ettirerek cihazlarýnda kullanýrlar. 17

18 IEC (International Electrotechinical Comission) Standartlarýna Göre Üretim Serileri E6 Serisi 1,0-1,5-2,2-3,3-4,7-6,8. Tolerans deðerleri ± % 20 dir. E-6 Serisinin Anlamý W ve 1, W þeklinde deðere sahip dirençler üretilmektedir. E-12 Serisi 1,0-1,2-1,5-1,8-2,2-2,7-3,3-3,9-4,7-5,6-6,8-8,2-9,1. Toleranslarý ± % 10 dur. E-24 Serisi 1,0-1,1-1,2-1,3-1,5-1,6-1,8-2,0-2,2-2,4-2,7-3,0-3,3-3,6-3,9-4,3-4,7-5,1-5,6 6,2-6,8-7,5-8,2-9,1. Toleranslarý ± % 5 tir. Not: Yukarýda verilen standart üretim serileri kondansatörler için de geçerlidir. Uygulamada Yaygýn Olarak Kullanýlan Dirençlerin Omaj (W ) Deðerleri 0,1 W 0,47 W 1 W 1,2 W 1,5 W 1,8 W 2,2 W 2,7 W 3,3 W 3,9 W 4,7 W 5,6 W 6,8 W 8,2 W 10 W 12 W 15 W 18 W 22 W 27 W 33 W 39 W 47 W 56 W 68 W 82 W 100 W 120 W 150 W 180 W 220 W 270 W 330 W 390 W 470 W 560 W 680 W 820 W 1 kw 1,2 kw 1,5 kw 1,8 kw 2,2 kw 2,7 kw 3,3 kw 3,9 kw 4,7 kw 5,6 kw 6,8 kw 8,2 kw 10 kw 12 kw 15 kw 18 kw 22 kw 27 kw 33 kw 39 kw 47 kw 56 kw 68 kw 82 kw 100 kw 120 kw 150 kw 180 kw 220 kw 270 kw 330 kw 390 kw 470 kw 560 kw 680 kw 820 kw 1 MW 1,2 MW 1,8 MW 2,2 MW 3,3 MW 3,9 MW 4,7 MW 5,6 MW 6,8 MW 8,2 MW 10 MW 12 W 15 W 22 MW Arýzalý Direncin Belirlenmesi Gözle bakýldýðýnda karbondan yapýlmýþ bir direncin orta kýsmý kararmýþsa direnç aþýrý akýma maruz kalarak tahrip olmuþ demektir. Gözle bir þey anlaþýlamazsa ohmmetreyle ölçüm yapýlýr ve hiç deðer okunamazsa direnç içinden kopmuþtur. Eðer 0 W okunuyorsa direnç içinden kýsa devre olmuþtur. (Film dirençlerin gövdesi kararmadýðý halde yine de arýza söz konusu olabilir.) Sýnýrlama ve Denetleme Dirençleri (Özel Dirençler) Elektronik devrelerde sabit ve ayarlý dirençlerin yaný sýra ýþýk, ýsý, gerilim, manyetik alan, basýnç vb. gibi unsurlara göre deðerleri deðiþen dirençler de kullanýlmaktadýr. Bu bölümde ýþýða, ýsýya ve gerilime duyarlý dirençler hakkýnda temel bilgiler verilecektir. a. Iþýða Duyarlý Dirençler (LDR, Light Dependent Resistance, Fotodirenç) Iþýkta az direnç, karanlýkta yüksek direnç gösteren devre elemanlarýna LDR denir. Baþka bir deyiþle aydýnlýkta LDR'lerin üzerinden geçen akým artar, karanlýkta ise azalýr. LDR'lerin karanlýktaki dirençleri bir kaç MW, aydýnlýktaki dirençleri ise 100 W -5 kw düzeyindedir. Þekil 1.37'de LDR'lerin direncinin ýþýða göre deðiþimine iliþkin eðri verilmiþtir. LDR'ler, CdS (kadmiyum sülfür), CdSe (kadmiyum selinür), selenyum, germanyum ve silisyum (silikon) vb. gibi ýþýða karþý çok duyarlý maddelerden üretilmektedir. Þekil 1.38'de LDR'lerin iç yapýsý verilmiþtir. LDR yapýmýnda kullanýlan madde, algýlayýcýnýn hassasiyetini ve algýlama süresini belirlemekte, 18

19 1 MW 10 kw R (W ) cam pencere ýþýða duyarlý madde gövde 100 W ýþýk þiddeti lux birinci elektrot taban ikinci elektrot Þekil 1.36: LDR sembolleri Þekil 1.37: LDR'nin direncinin, ýþýðýn þiddetine göre deðiþim eðrisi Þekil 1.38: LDR'nin yapýsý oluþturulan yarý iletken tabakanýn þekli de algýlayýcýnýn duyarlýlýðýný etkilemektedir. LDR'ye gelen ýþýðýn odaklaþmasýný saðlamak için üst kýsým cam ya da þeffaf plâstikle kaplanmaktadýr. LDR'ler çeþitli boyutlarda üretilmekte olup, gövde boyutlarý büyüdükçe güç deðeri yükselmekte ve geçirebilecekleri akým da artmaktadýr. Uygulamada yaygýn olarak kullanýlan bazý LDR'ler, LDR03, LDR05, LDR07, OPR60 olarak sýralanabilir. LDR'ler, endüstriyel kumanda sistemlerinde, otomatik gece lâmbalarýnda, dijital sayýcýlarda, brülörlerde, kanýn renk yoðunluðunu belirleyen týbbî cihazlarda, flaþlý fotoðraf makinelerinde, hareket dedektörlerinde, zil butonlarýnda vb. kullanýlýr. LDR W Resim 1.14: Çeþitli LDR'ler Þekil 1.39: LDR'nin saðlamlýk testinin yapýlýþý LDR nin Saðlamlýk Testi Ohmmetre kullanýlarak þekil 1.39'da verilen baðlantý ile yapýlan ölçümde LDR, aydýnlýkta az direnç, karanlýkta yüksek direnç göstermelidir. b. Isýya Duyarlý Dirençler (Termistör, Th, Termistans) Ortam sýcaklýðýna baðlý olarak direnç deðerleri deðiþen elemanlara termistör denir. Termistörler, nikel oksit, kobalt, manganez oksitleri, bakýr, demir, baryum titanit vb. maddelerden yapýlmýþ elemanlar olup, boncuk, disk, rondela vb. þeklinde üretilirler. Uygulamada kullanýlan termistörler çeþitli direnç deðerlerinde (10 W, 100 W, 500 W, 1000 W, 3000 W, 5 kw 10 kw, 20 kw) üretilmektedir. 10 kw NTC -55 C C Resim 1.15: Uygulamada kullanýlan çeþitli termistörler 19

20 1. PTC (Positive Temperature Confient) Sýcaklýk arttýkça direnç deðerleri artan ve üzerinden geçirdikleri akýmý azaltan elemanlara PTC denir. PTC'ler, otomatik ýsý kontrol cihazlarýnda, sýcaklýk ölçme aletlerinde, renkli tv'lerin tüplerinde dýþ manyetik alanlardan dolayý ortaya çýkan renk karýþmalarýnýn önlenmesinde vb. kullanýlýr. PTC'nin Saðlamlýk Testi Ohmmetreyle yapýlan ölçümde soðukta düþük direnç, ýsýtýldýðýnda ise yüksek direnç deðeri görülmelidir. 2. NTC (Negative Temperature Confient) Yapý olarak PTC'ye benzer. Isýndýkça direnci azalýr ve üzerinden geçirebildiði akým artar. NTC'nin Saðlamlýk Testi Ohmmetreyle yapýlan ölçümde soðukta yüksek direnç, ýsýtýldýðýnda ise düþük direnç deðeri görülmelidir. PTC ve NTC'lerin Bazý Kullaným Alanlarý -Isýya duyarlý devre yapýmý -Demanyetizasyon (televizyon ekranlarýnda görüntü bozulmasýnýn önlenmesi) iþlemi -Sýcaklýk ölçümü -Transistörlü devrelerde sýcaklýk dengeleme -Ölçü aletlerinin korunmasý -Buzdolaplarýnda sýcaklýk kontrolü -Zaman geciktirme -Büyük güçlü elektrikli motorlarýn korunmasý Þekil 1.40: PTC ve NTC sembolleri R (W ) NTC PTC T ( C) Þekil 1.41: PTC ve NTC'lerin direnç deðerlerinin sýcaklýða göre deðiþim eðrileri 4. bant 3. bant 2. bant 1. bant Resim 1.16: Isýya duyarlý dirençlerin renk bantlarýyla kodlanýþý PTC ve NTC lerin Direnç Deðerinin Renk Halkalarýyla Belirtilmesi 1. bant: 1. sayý, 2. bant: 2. sayý, 3. bant: Çarpan, 4. bant: Tolerans Resim 1.16'da direnç deðeri renk bantlarýyla belirtilmiþ termistör örnekleri verilmiþtir. Örnek: Gövdesi üzerinde turuncu, beyaz, turuncu renkleri bulunan termistörün deðerini bulunuz. Çözüm: Turuncu: 3, Beyaz: 9, Turuncu: 3. Termistörün direnç deðeri: 3900 W = 3,9 kw c. Gerilime Duyarlý Dirençler (VDR, Varistör, Voltage Dependent Resistor) Gerilim yükselince direnci hýzla azalarak geçirdiði akým artan elemanlardýr. Baþka bir deyiþle, gerilim düþükken VDR'nin direnci çok yüksektir. Gerilim deðeri yükseldiðinde ise direnci hýzla azalýr. VDR'ler özellikle îmal edildikleri gerilim deðerinin üzerinde bir gerilimle karþý karþýya kaldýklarýnda dirençleri hýzla küçülerek üzerlerinden geçirdikleri akýmý artýrýrlar. Ýþte bu özellikleri sayesinde baðlandýklarý devreyi aþýrý gerilimden korurlar. 20

21 v VDR transformatör Þekil 1.42: VDR sembolleri Resim 1.17: Çeþitli VDR'ler Þekil 1.43: VDR ile trafonun yüksek gerilime karþý korunmasý Gerilime duyarlý dirençler yüksek sýcaklýkta sýkýþtýrýlmýþ silisyum karpit tozlarýndan yapýlýr. Bu elemanlar, bobin, röle, trafo, transistör, tristör, anahtar vb. gibi elemanlarý anî gerilim artýþlarýnýn getirdiði zararlý etkilere karþý korumak için, adý geçen elemanlara paralel baðlanarak kullanýlýr. Þekil 1.43'te VDR'nin transformatörü yüksek gerilime karþý koruyucu olarak kullanýlýþý görülmektedir. Bazý varistörlerin elektriksel özellikleri þöyledir: -SO5K130: AC'de iletime geçme deðeri: 130 V, DC'de iletime geçme deðeri: 170 V -SO5K275: AC'de iletime geçme deðeri: 275 V, DC'de iletime geçme deðeri: 350 V -S10K460: AC'de iletime geçme deðeri: 460 V, DC'de iletime geçme deðeri: 615 V yalýtkan (dielektrik) kutupsuz kutuplu iletken iletken Þekil 1.44: Kutupsuz (polaritesiz) ve kutuplu (polariteli) kondansatör sembolleri Þekil 1.45: Kondansatörün yapýsý B. Kondansatörler (Kapasitör, Meksefe, Capacity) Elektrik yüklerini kýsa süreliðine depo etmeye yarayan elemanlara kondansatör denir. Kondansatörün sembolü C, birimi faraddýr. Þekil 1.44'te kutupsuz ve kutuplu kondansatör sembolleri verilmiþtir. a. Kondansatörlerin Yapýsý Kondansatör, þekil 1.45'te görüldüðü gibi iki iletken levha (plâka) arasýna konulmuþ bir yalýtkandan oluþur. Yalýtkana elektriði geçirmeyen anlamýnda dielektrik adý verilir. Dielektrik olarak mika, seramik, kâðýt, polyester, elektrolitik, tantal, hava, yað vb. gibi yalýtkanlar kullanýlýr. Elektrolitik ve tantal tip kondansatörlerde (+) ve (-) uçlar belirtilmiþtir. Yani bunlar kutupludur. O nedenle bu elemanlar sadece DC ile çalýþan devrelerde kullanýlýrlar. Kutupsuz (polaritesiz) tip kondansatörler ise DC ve AC gerilimli devrede çalýþabilirler. Son yýllarda kutupsuz tip (bipolar) elektrolitik kondansatörler de üretilmeye baþlanmýþtýr. b. Kondansatörlerin Elektrik Enerjisini Depolama Kapasitesi I. Plâkalarýn yüzey alanýna, II. Plâkalarýn birbirine yakýnlýðýna, III. Araya konan yalýtkanýn cinsine göre deðiþir. 21

22 Ýletken levhalarýn arasýndaki dielektrik maddenin kalite durumuna göre, kondansatör herhangi bir devreye ya da alýcýya baðlý olmasa dahî zamanla boþalýr. Yani bu elemanlar pil gibi elektrik yüklerini uzun süre depolayamazlar. Resim 1.18'de çeþitli kondansatörler görülmektedir. Resim 1.18: Çeþitli kondansatörler c. Kondansatörlerin Þarjý (Dolmasý) Þarj, kondansatör plâkalarýnýn yük bakýmýndan farklý duruma gelerek yüklenmesi ya da levhalar arasýnda potansiyel farkýnýn meydana gelmesi demektir. yalýtkan oyuk elektron U C plâkalar þarjsýz kondansatör Þekil 1.46: Kondansatörün þarjý A B U þarjlý kondansatör R Boþ bir kondansatörde iki levha eþit miktarda elektrona sahiptir. Kondansatör uçlarýna þekil 1.46'da görüldüðü gibi bir pil baðlanýrsa, pilin artý (+) ucunun baðlandýðý levhadaki elektronlar pilin artý (+) ucuna doðru gitmeye baþlarlar. (+ ile - yük birbirini çeker.) Elektronlarýný kaybeden levha pozitif yüklü hâle geçer. Bir levhanýn pozitif yüklenmesi, pilin eksi (-) ucunun baðlý olduðu levhaya gelen elektronlarýn sayýsýný artýrýr. Sonuç olarak, pilin artý (+) ucuna baðlanan levha pozitif yüklenirken, eksi (-) uca baðlanan levha negatif olarak yüklenir. Ýki levha arasýndaki dielektrik malzeme yalýtkan olduðundan pil sürekli bir akým dolaþýmýný baþlatamaz. Kondansatörde biriken yüklerin gerilimi pil gerilimine eþit olduðunda geçen akým sýfýra iner. Pil ile kondansatör birbirinden ayrýldýktan sonra depolanan enerji kýsa süreliðine levhalarda kalýr. Kondansatörler DC enerji kaynaðýna baðlandýðýnda ilk anda þarj olur. DC akým kesildikten sonra ise belli bir süre bu durumda kalýr. AC enerji kaynaðýna baðlandýðýnda ise alternans deðiþtikçe sürekli olarak dolup boþalýr. Yani, pozitif alternans yükselirken kondansatör þarj olmaya baþlar. Akým maksimum deðerden sýfýra doðru inerken C boþalýr. Alternans negatif yönde yükselirken C bu kez ters yönlü olarak dolmaya baþlar. Akým negatif maksimum deðerden sýfýra doðru inerken C yine boþalýr. Kondansatör alternatif akým ile beslendiðinde devreye seri baðlý bir ampermetreyle gözlem yapýlacak olursa bu elemandan bir akým geçiþi olduðu görülür. 22

23 Kondansatörlerin Kullanýlan Dielektriðin Tipine Göre Sýnýflandýrýlmasý a. Elektrolitik Kondansatörler Dielektrik (yalýtkan) olarak asit borik eriyiði gibi borakslý elektrolitler, iletken olarak alüminyum ya da tantalyumdan plâkalar kullanýlarak yapýlmýþ kondansatör tipidir. Elektrolitik kondansatörler kutupsuz (polaritesiz) ya da kutuplu olarak üretilirler. Kutuplu tiplerin DC ile çalýþan devrelerdeki baðlantýsý özen göstererek yapýlmalýdýr. Artý (+) ve eksi (-) uç belirlenmeden rastgele yapýlan baðlantý anotta bulunan oksit tabakasýnýn metal yüzeyi kýsa devre edip yüksek ýsý oluþturmasýna ve elemanýn patlamasýna neden olmaktadýr. Þekil 1.47: Elektrolitik kondansatörün yapýsý Elektrolitik kondansatörler kullanýlan malzemeye göre iki tipte yapýlýr: I. Sývýlý Tip Elektrolitik Kondansatörler Yalnýzca DC akýmlý devrelerde kullanýlýrlar. Pozitif levha olarak alüminyum kullanýlmýþtýr. Kondansatöre DC uygulandýðýnda pozitif levha üzerinde yalýtkan bir oksit tabakasý oluþur. Bu tabaka dielektrik maddesi gibi davranýr. Oluþan oksit tabakasý çok ince olduðundan, kondansatörün kapasitesi de büyük olur. Resim 1.19: Çeþitli elektrolitik kondansatörler Þekil 1.47'ye bakýnýz. II. Kuru Tip Elektrolitik Kondansatörler Bu tiplerde elektrolitik sývý yerine boraks eriyiði emdirilmiþ kâðýt ya da bez kullanýlýr. Elektrolitik Kondansatörlerin Kapasite Deðerleri 1-2,2-3,3-4, mf... Elektrolitik Kondansatörlerin Çalýþma Gerilimleri volttur. (Bu voltaj deðerlerinin dýþýndaki gerilimlere sahip kondansatörler de piyasada mevcuttur.) Elektrolitik Yapýlý Kondansatörlerde Sýcaklýðýn Önemi Bu tip kondansatörlerin içindeki elektrolitik sývýsý aþýrý sýcaktan ötürü zamanla kurumaya baþladýðýndan elemanýnýn kapasite deðeri düþer. Bu da hassas devrelerin çalýþma sisteminde arýzalara yol açar. Özellikle TV lerde küçük kapasiteli (2,2-3,3-4, mf) kondansatörlerin elektrolitinin kurumasý nedeniyle bir çok arýza (ekranýn üzerinde çizgi oluþumu, görüntü daralmasý vb.) ortaya çýkmaktadýr. 23

24 Televizyonlarda taþ dirençler, besleme trafosu, güç transistörleri ve yüksek gerilim trafosu ýsý yaydýðýndan bunlarýn yakýnýnda bulunan elektrolitik kondansatörler çabuk bozulur. Ýþte bu nedenle yüksek sýcaklýðýn söz konusu olduðu yerlerde 85 C luk ya da 105 C luk iyi kalite elektrolitik kondansatörler kullanýlmalýdýr. b. Kâðýtlý Kondansatörler Yalýtkanlýk kalitesini artýrmak için parafin maddesi emdirilmiþ 0,01 mm kalýnlýðýndaki kâðýdýn iki yüzüne 0,008 mm kalýnlýðýndaki kalay ya da alüminyum plâkalar yapýþtýrýlarak üretilmiþ elemanlardýr. Þekil 1.48'e bakýnýz. Kuru kâðýtlý, yaðlý kâðýtlý, metalize kâðýtlý vb. gibi modelleri bulunan kâðýtlý kondansatörler uygulamada yaygýn olarak karþýmýza çýkmamaktadýr. alüminyum metal yapraklar yalýtkan kâðýt Þekil 1.48: Kâðýtlý kondansatör Þekil 1.49: Metal-kâðýtlý kondansatör c. Metal - Kâðýtlý Kondansatörler Þekil 1.49'da görüldüðü gibi dielektrik (yalýtkan) olarak kâðýt kullanýlmýþ ve bu madde üzerine basýnç yoluyla ince alüminyum ya da çinko tabakasý kaplanmýþtýr. Böylelikle daha küçük boyutlu ama kâðýtlýya oranla yüksek kapasiteli kondansatör yapýlmýþtýr. Metal-kâðýtlý kondansatörler kendi kendilerini onarabilme özelliðine sahiptir. Þöyle ki; yüzeyin bir bölümünde kýrýlma olduðunda ark oluþur ve bu kýsýmda ince bir metal yüzey basýncý oluþarak metalsiz bir yüzey meydana gelir. Bu da kýsa devreyi önler. d. Plâstik Kondansatörler Þekil 1.50'de görüldüðü gibi yalýtkan madde olarak polypropylen (polipropilen), polyester, polykarbonat (polikarbonat) kullanýlýr. Plâstik kondansatörlerin metal kýsýmlarý alüminyum levhadýr. Bu kondansatörler de kendi kendilerini onarabilirler. Kapasite deðerleri çok kararlýdýr. Ýzolasyon (yalýtkanlýk) dirençleri de yüksektir. metal plâstik metal plâstik + + kâðýt - - Þekil 1.50: Plâstik kondansatör gözenekli tutucu Þekil 1.51: Tantal kondansatör e. Tantal Kondansatörler Þekil 1.51'de verilen þekilde görüldüðü gibi anot olarak görev yapan oksitlendirilmiþ bir tantal yaprak, katot ve sargýyý tutan gözenekli tutucudan oluþur. Kapasite deðerleri 0,1 mf ile 68 mf arasýndadýr. 24

25 f. Seramik Kondansatörler Þekil 1.52'de görüldüðü gibi dielektrik maddesi olarak seramik kullanýlmýþtýr. Ýki iletken levha arasýna baryum titanat ya da titanyum dioksit gibi seramik maddeler konulur. Disk þeklinde olan seramik kondansatörler uygulamada, mercimek kondansatör olarak da adlandýrýlmaktadýr. Seramik kondansatörlerin kapasite deðerleri küçüktür. Toleranslarý ±% 20 dolayýndadýr. Ayrýca kapasiteleri sýcaklýk ve nemden etkilenir. Enerji kayýplarý çok az olduðundan daha çok yüksek frekanslý devrelerde kullanýlýrlar. iletken seramik yalýtkan plâka mika plâka mika plâka mika plâka 473 M 1000 V pf 47 nf 1000 volt Þekil 1.52: Seramik kondansatör Þekil 1.53: Mika kondansatör g. Mika (Mikalý) Kondansatörler Þekil 1.53'te görüldüðü gibi dielektrik olarak yalýtkanlýk düzeyi çok yüksek olan mika kullanýlmýþtýr. Ýnce metal folyolar arasýna mika konularak yapýlan bu elemanlarýn kapasiteleri 1 pf ile 0,1 mf, gerilimleri 100 V ile 2500 V, toleranslarý ise ±% 2 ile ±% 20 arasýnda deðiþir. h. SMD (Surface Mounted Device) Kondansatörler Küçük boyutlu elektronik devrelerde plâket üzerine monte edilmeye uygun kondansatör çeþididir. Gövde boyutlarý çok küçük olduðundan lehimlenmesi biraz zordur. Daha çok TV, video, kamera, cep telefonu, bilgisayar vb. gibi cihazlarda karþýmýza çýkar. Resim 1.20'de SMD kondansatörler verilmiþtir. Resim 1.20: SMD kondansatörler Resim 1.21: Polyester kondansatör ý. Polyester Kondansatörler Ýletken olan iki levha arasýna konulmuþ polyesterden oluþmuþtur. Kapasite deðerleri 220 pf ile 0,33 mf arasýnda deðiþir. Resim 1.21'de polyester kondansatör örneði verilmiþtir. 25

26 Kondansatörlerin Kapasite Deðerinin Ölçülmesi Ohmmetre ile kondansatörün saðlam olup olmadýðý anlaþýlabilir. Ancak kapasite belirlenemez. Bu nedenle bir kapasite ölçere gerek vardýr. Analog ya da dijital yapýlý bir kapasitemetreyle kondansatörlerin deðeri çok kolayca belirlenebilir. (Kondansatörün kapasite deðeri ölçülürken doðru sonucu bulmak için kondansatörün uçlarý birbirine deðdirilerek tamamen boþalmasý saðlanýr. Bu yapýlmazsa kapasitemetre tam doðru deðeri gösteremez.) Kondansatörlerin Kapasite Açýsýndan Sýnýflandýrýlmasý a. Sabit Kapasiteli Kondansatörler Kapasite deðerleri deðiþtirilemeyen kondansatör çeþididir. b. Deðiþken Kapasiteli (Ayarlý) Kondansatörler Biri sabit, diðeri hareket edebilen iki plâkalarý vardýr. Dielektrik, hava ya da plâstik türü bir maddeden yapýlýr. Uygulamada bir, iki ya da üç ganklý (bölmeli) ayarlý kondansatörler kullanýlmaktadýr. Ýki ganklý kondansatör þekil 1.54-c'de görüldüðü gibi iki ayrý kondansatörün bir gövde içinde birleþtirilmesiyle elde edilmektedir. (a) (b) (c) Þekil 1.54: Ayarlý kondansatör sembolleri a) Elle ayarlý b) Trimer c) Ýki ganklý elle ayarlý Deðiþken Kapasiteli Kondansatör Çeþitleri 1. Kapasite Deðeri Elle Deðiþtirilebilen (Varyabl, Mil Ayarlý) Kondansatörler Mil döndürüldükçe levhalar birbirinin üzerine gelir. Bunun sonucunda karþý karþýya gelen levhalarýn boyutu büyür ve kapasite artmaya baþlar. Levhalar arasýnda plâstik ya da hava vardýr. Resim 1.22'de çeþitli ayarlý kondansatör tipleri, þekil 1.55'te ise elle ayarlý (varyabl) kondansatörlerin yapýsý verilmiþtir. hareketli levhalar pirinç mil sabit levhalar gövde hareketli levhalarýn baðlantý ucu çevirme çubuðu sabit levhalarýn baðlantý ucu Resim 1.22: Elle ayarlý kondansatör çeþitleri Þekil 1.55: Ayarlý kondansatörün yapýsý 2. Kapasite Deðeri Tornavida ile Deðiþtirilebilen (Trimer) Kondansatörler Þekil 1.56'da görülen trimer kondansatörlerde ayar vidasýna baðlý, 360 dönebilen plâkalarla yüzey alaný deðiþtirilerek kapasite azaltýlýp çoðaltýlabilir. Bu elemanlarýn boyutlarý ve kapasite deðerleri çok küçüktür. Trimer kondansatörler, FM verici, telsiz vb. gibi devrelerde kullanýlýr. Trimer kondansatörlerin kapasite deðerleri þöyledir: 1,2-6 pf, 1,4-10 pf, 1,6-15 pf, 2-30 pf, 2,5-25 pf, 4,5-70 pf, 5-90 pf 26

27 Kondansatör Birimlerinin Birbirine Dönüþtürülmesi Farad çok büyük bir kapasite deðeri olduðundan uygulamada faradýn ast katlarý kullanýlýr. Bunlar: Pikofarad (pf), nanofarad (nf), mikrofarad (mf), milifarad (mf) þeklindedir. Birimler 1000'er 1000'er büyür ve 1000'er 1000'er küçülür. Büyük birim küçük birime çevrilirken deðer 1000 ile çarpýlýr. Küçük birim büyük birime çevrilirken ise deðer 1000'e bölünür. Kondansatör birimlerinin birbirine dönüþtürülmesinde izlenen kurallar aþaðýda verilmiþtir. 0, mf 0,00001 mf 0,0001 mf 0,001 mf 0,01 mf 0,1 mf 1 mf 10 mf 100 mf = = = = = = = = = Þekil 1.56: Trimer kondansatörler 0,01 nf 0,01 nf 0,1 nf 1 nf 10 nf 100 nf 1000 nf nf nf Kondansatör birimlerinin birbirine dönüþtürülmesine iliþkin örnekler: -220 nf kaç mf dýr? : 0,22 mf -560 nf kaç pf dýr? : pf -33 mf kaç pf dýr? : pf 1 F 10 6 mf 10 9 nf pf 1 pf 10-3 nf 10-6 mf F Kondansatörlerin Çalýþma Voltajý Kondansatörlerin kapasitesinin yanýnda çalýþma voltaj da çok önemlidir. Uygulamada kullanýlan kondansatörler standart voltaj deðerlerindedir. 12 voltta çalýþan bir elektronik devrede 3 voltluk kondansatör kullanmak doðru deðildir. Özellikle elektrolitik tip kondansatörler aþýrý gerilime maruz kaldýklarýnda ýsýnarak patlarlar. Kondansatörlerin standart voltaj deðerleri þöyledir: 3-6, V... AC çalýþma gerilimi belli bir devreye baðlanacak kondansatörün çalýþma voltajý: U C = U etkin.1,41 denklemiyle bulunur (U etkin = U þebeke = U efektif ). Örnek: 12 volt çýkýþlý bir doðrultmaç devresinde kullanýlacak filtre kondansatörünün çalýþma gerilimi kaç volt olmalýdýr? Çözüm: U C = U etkin.1,41 = 12.1,41 = 16,92 V Buna göre kondansatörün çalýþma gerilimi en az 16 ya da 25 volt olmalýdýr. Bazý kondansatörlerin maksimum çalýþma voltajý DC cinsinden, bazýlarýnýnki ise AC cinsinden belirtilir. 250 V DC, 400 V AC gibi. Bu noktadan hareketle üzerinde 250 V DC yazan bir kondansatörü 220 V AC devrede kullanamayýz. Çünkü, 220 voltluk AC nin maksimum gerilim = = = = = = = = = 1 pf 10 pf 100 pf 1000 pf pf pf pf pf pf 27

28 deðeri, U maks = U etkin.1,41 = 220.1,41 = 310,2 volttur. Bu nedenle AC 220 voltluk devreye baðlanacak kondansatör en az voltluk olmalýdýr. Bazý kondansatörlerin üzerinde 250 V deðerinin yanýnda ~ iþareti bulunur. Bu iþaret kondansatörün 220 voltluk alternatif akýma dayanabileceðini belirtir. Baþka bir husus ise þudur: Üzerinde 100 V DC- (ya da =) yazan bir kondansatör ise en fazla 63 voltluk AC gerilime dayanabilir. Ek Bilgi: Etkin (Efektif, RMS) Deðer Sinüsoidal özellikli olan AC, sýfýr (0) ekseninin iki yanýnda pozitif ve negatif deðerler almakta ve bunlara pozitif ve negatif alternanslar denilmektedir. AC'nin deðeri her an deðiþir. Teknik anlatýmlarda akým ve gerilimin herhangi bir andaki deðerine anî deðer denilir. Pozitif ya da negatif alternansýn anî deðerlerinin toplamý maksimum deðerin 0,707'sine eþit olmaktadýr. Ýþte bu deðere, etkin, efektif ya da RMS (Root Mean Square) deðer adý verilir. Baþka bir anlatýmla, AC özellikli bir sinyalin DC'ye eþit olan deðerine etkin deðer denir. Ölçü aletleri elektriðin etkin deðerini ölçer. 220 voltluk elektriðin maksimum deðeri 310,2 volttur. Kullandýðýmýz ölçü aleti etkin deðeri (yani 310,2 voltluk gerilimin DC'ye eþit olan deðerini) ölçtüðünden biz skalada 220 volt görürüz. Kondansatörler ise AC'nin maksimum deðerine dolar. Yani 220 voltluk þebekeye baðlanan bir kondansatör 310,2 volta þarj olur. Ýþte bu nedenle, AC besleme geriliminin maksimum deðeri hesaplanarak kondansatör seçimi yapýlýr. Kondansatörlerin Kapasite Deðerinin Rakam, Harf ve Renk Bantlarýyla Belirtilmesi Kondansatörlerin kapasite deðeri ve çalýþma gerilimi arttýkça gövde boyutlarý da büyür. Büyük gövdeli kondansatörlerin üzerinde kapasite deðeri ve çalýþma voltajý rakamsal olarak belirtilmiþtir. Küçük gövdeli bir kondansatörde, p68 kodu varsa C: 0,68 pf 15 kodu varsa C: 15 pf 470 kodu varsa C: 47 pf 152 kodu varsa C: 1500 pf 472 kodu varsa C: 4700 pf 103 kodu varsa C: pf 104 kodu varsa C: pf 1n kodu varsa C: 1 nf 1n2 kodu varsa C: 1,2 nf 33n kodu varsa C: 33 nf,039 kodu varsa C: 0,039 mf,05 kodu varsa C: 0,05 mf 0,5 kodu varsa C: 0,5 mf m47 kodu varsa C: 0,47 mf 1m0 kodu varsa C: 1 mf 1,5 nf Resim 1.23: Kondansatörlerin rakam ve harflerle kodlanmasýna iliþkin örnekler a. Rakamlarla Yapýlan Kodlama Küçük gövdeli kondansatörlerin üzerinde yazý için fazla yer olmadýðýndan bazý kýsaltmalar kullanýlýr. Örneðin 0 yerine sadece nokta (.) konur. Toleranslý rakamsal kodlamada harflerin tolerans karþýlýklarý þöyledir: B: ± % 0,1 C: ± % 0,25 D: ± % 0,5 F: ± % 1 G: ± % 2 J: ± % 5 K: ± % 10 M: ± % 20 28

29 Toleranslý rakamsal kodlama örnekleri: P15B kodu varsa C: 0,15 pf ± % 0,1 tolerans 100J kodu varsa C: 100 pf ± % 5 tolerans 123Jkodu varsa C: pf ± % 5 tolerans 104K kodu varsa C: pf ± % 10 tolerans 0,001(K) kodu varsa C: 0,001 mf ± % 10 tolerans 473M kodu varsa C: pf ± % 20 tolerans Renkler Sayý Çarpan Tolerans Çalýþma gerilimi (V) Sýcaklýk katsayýsý Siyah 0 - % V / C Kahve 1 0 % V / C Kýrmýzý 2 00 % V / C Turuncu % V / C Sarý % V / C Yeþil % V / C Mavi % V / C Mor % V / C Gri % V - Beyaz % V - Kýrmýzý/mor / C Altýn % Gümüþ % Tablo 1.2: Kondansatör renk kodlarý tablosu b. Renk Bantlarýyla Yapýlan Kodlama Kondansatörlerin üzerindeki renk bantlarýna bakýlarak, kapasite, tolerans ve voltaj deðerleri saptanabilmektedir. Ancak kondansatörlerin özelliklerini renk bantlarýyla belirtme dirençlerde olduðu gibi tam bir standardizasyonda olmadýðý için karmaþa söz konusudur. Yani çok deðiþik þekillerde kodlanmýþ kondansatörler karþýmýza çýkabilmektedir. Kondansatörlerin renk kodlamasýnda bulunan deðer pf cinsindendir. Renklerin rakamsal karþýlýðý bulunurken gövdede bulunan renkler üstten aþaðýya ya da soldan saða doðru okunarak kapasite deðeri bulunur. I. Üç Renk Bandýyla Yapýlan Kodlama 1. bant (A): Sayý, 2. bant (B): Sayý, 3. bant (C): Çarpan II. Dört Renk Bandýyla Yapýlan Kodlama 1. bant (A): Sayý, 2. bant (B): Sayý, 3. bant (C): Çarpan, 4. bant (D): Tolerans Örnek: Mavi, gri, sarý, kahverengi: pf ± % 1 (Bu deðer 680 nf ya da 0,68 mf olarak da yazýlabilir.) Örnek: Sarý, mor, turuncu, kýrmýzý: pf ±% 2 = 47 nf ±% 2 29 Resim 1.24: Renk bantlarýyla kodlanmýþ kondansatör örnekleri Þekil 1.57: Üç renk halkalý kondansatör Þekil 1.58: Dört renk halkalý kondansatör

30 III. Beþ Renk Bandýyla Yapýlan Kodlama 1. bant (A): Sayý, 2. bant (B): Sayý, 3. bant (C): Çarpan, 4. bant (D): Tolerans, 5. bant (E): Çalýþma gerilimi Örnek: Kahve, siyah, sarý, siyah, kýrmýzý: E pf = 100 nf = 0,1 mf ± % 20/200 V Örnek: Turuncu, beyaz, kahve, altýn, kahve: 390 pf ± % 5/100 V Örnek: Sarý, mor, turuncu, kýrmýzý, kahve: pf ± % 2/100 V Þekil 1.59: Beþ renk halkalý kondansatör IV. Altý Renk Bandýyla Yapýlan Kodlama 1. bant (A): Sayý, 2. bant (B): Sayý, 3. bant (C): Çarpan, 4. bant (D): Tolerans, 5. bant (E): Çalýþma gerilimi, 6. bant (F): Sýcaklýk katsayýsý Örnek: Üzerinde, turuncu, siyah, turuncu, kahverengi, kýrmýzý, mor renkleri bulunan kondansatörün kapasitesini bulunuz. Turuncu: 3. Siyah: 0. Turuncu: 3. Kahverengi: ±% 1. Kýrmýzý: 200 volt. Mor: / C Kondansatör: pf = 30 nf ±% 1 / 200 V Elemanýn sýcaklýða göre kapasite deðiþtirme katsayýsý: / C Kondansatör Baðlantýlarý Kondansatörler devrede kullanýlýrken çeþitli þekillerde baðlanýr. Þimdi bunlarý inceleyelim. a. Seri Baðlama Seri baðlantýda toplam kapasite azalýr, çalýþma gerilimi yükselir. Þöyle ki; 10 mf ve 16 voltluk iki kondansatör seri baðlandýðýnda toplam kapasite 5 mf olurken, çalýþma gerilimi 32 volt olur. Seri baðlantýda toplam kapasiteyi hesaplamada kullanýlan denklem, 1/C T = 1/C 1 + 1/C /C n dir. Örnek: C 1 = 10 mf, C 2 = 10 mf C T =? Çözüm: 1/C T = 1/C 1 + 1/C 2 = 5 mf Þekil 1.60: Kondansatörlerin seri baðlanmasý Þekil 1.61: Kondansatörlerin paralel baðlanmasý b. Paralel Baðlama Paralel baðlantýda toplam kapasite artar, çalýþma gerilimi ayný kalýr. Toplam kapasiteyi hesaplamada kullanýlan denklem, C T = C 1 +C C n dir. Örnek: C 1 = 22 mf, C 2 = 47 mf C T =? Çözüm: C T = C 1 + C 2 = 69 mf 30

31 c. Karýþýk Baðlama Hesaplama yapýlýrken paralel baðlý olan kýsýmlar seri hâle indirgenir. Daha sonra seri devrenin toplam kapasitesi bulunur. Örnek: Þekil 1.62'de verilen devrede C 1 =20 mf, C 2 =10 mf, C 3 = 10 mf dýr. Toplam kapasiteyi (C T ) bulunuz. Çözüm: Ýlk önce paralel baðlý C 2 ve C 3 kondansatörleri seri hâle indirgenir. C T1 = C 2 + C 3 = 20 mf 1/C T = 1/C 1 + 1/C 2 = 1/20 +1/20 = 2/20 = 10 mf Kondansatörlerin Kullaným Alanlarýna Ýliþkin Örnekler I. Kondansatörler DC yi geçirmeyen, AC yi ise geçiren bir eleman olduðundan yükselteçlerde kuplaj elemaný (DC sinyalleri engelleyip AC sinyalleri geçirici) olarak kullanýlýr. II. AC nin doðrultulmasýnda diyodlar kullanýlýr. Ancak diyodlar AC yi tam doðru akým hâline getiremezler. Diyodun çýkýþýna baðlanan uygun deðerli kondansatör, çýkýþ sinyalini filtre eder (süzer). Yani þarj ve deþarj olarak alýcýya giden akýmý düzgünleþtirir. III. Rölelerin kontaklarýnýn açýlýp kapanmasý anýnda kontak uçlarýnda ark oluþtuðundan, birbirine deðen kýsýmlar çabuk yýpranmaktadýr. Bu nedenle rölelerin kontaklarýna paralel olarak þekil 1.63-a'da görüldüðü gibi yaklaþýk 0,1 mf lýk bir kondansatör baðlanýr. Röle enerjilendiðinde kontaklar kapanýrken kondansatör anî þarj olarak arký önler Benzinli motorlarýn ateþleme sisteminde bulunan plâtinde, meksefe adý verilen kondansatör ve flüoresan lâmba starterlerinde bimetale paralel baðlý olan kondansatör, ark söndürücü olarak çalýþýr. Þekil 1.63-b ve c'ye bakýnýz. Þekil 1.62: Kondansatörlerin karýþýk baðlanmasý C bimetal a. röle kontaðý C plâtin b. plâtin C c. starter Þekil 1.63: Kondansatörlerin kullaným alanlarýna iliþkin örnekler Kondansatörlerin Saðlamlýk Testi a. Küçük Kapasiteli Kondansatörlerin (1 pf-1 mf) Saðlamlýk Testi Kondansatör boþaltýldýktan sonra yapýlan ölçümde ohmmetre ibresi çok az kýpýrdarsa ya da hiç oynamazsa ölçülen kondansatör saðlamdýr. (Ölçümlerde ohmmetre komütatörü x1k, x10k ya da x100k konumunda olmalýdýr.) b. Büyük Kapasiteli Kondansatörlerin ( mf) Saðlamlýk Testi Ölçme komütatörü x10 W, x100 W kademesine alýnýr. Þekil 1.64: Kondansatörlerin saðlamlýk testinin yapýlýþý Ohmmetre ibresi önce küçük bir direnç deðeri gösterir sonra yavaþ yavaþ büyük deðere doðru yükselirse kondansatör saðlamdýr. Büyük kapasiteli kondansatörleri pratik olarak þu þekilde de test edebiliriz: Kondansatör önce DC ya da AC ile þarj edilir. Sonra uçlarý birbirine deðdirilir. Kývýlcým (ark) görülüyorsa kondansatör saðlamdýr. Fakat bu yöntem kondansatör açýsýndan sakýncalýdýr. Çünkü 31

32 kondansatörün hýzlýca doldurulmasý ve boþaltýlmasý plâkalarýn tahrip olmasýna yol açabilir. En saðlýklý test kapasitemetreyle yapýlýr. Ölçüm yapýlmadan önce kondansatörün ayaklarý kýsa devre edilerek üzerindeki elektrik yükü iyice boþaltýlýr. Bu yapýlmazsa ölçüm tam doðru olmaz. Kondansatör Arýzalarý a. Kýsa Devre Ýletken levhalar arasýndaki yalýtkan (dielektrik) madde çeþitli nedenlerle delinir ve kondansatör özelliðini kaybeder. Bu durum ohmmetre ya da kapasitemetreyle kolayca anlaþýlabilir. b. Devre Kopukluðu Levhalarý dýþ devreye baðlayan iletken ayaklar kopabilir. Bu durumda eleman deðiþtirilir. Resim 1.25: Çeþitli bobinler C. Bobinler (Ýndüktör, Self, Coil, Inductor) Ýletken tellerin yan yana ya da üst üste sarýlmasýyla elde edilen devre elemanlarýna bobin denir. Bobinlerin sembolü L, birimi henry (H)dir. Bobinler DC ile beslenen bir devrede çalýþýrken akýma sadece omik direnç gösterirler. Yani, bobinin yapýldýðý metalin akýma karþý gösterdiði zorluk söz konusudur. AC ile beslenen bir devrede ise, bobinin akýma gösterdiði direnç artar. Artýþýn sebebi bobin etrafýnda oluþan deðiþken manyetik alanýn akýma karþý ilave bir karþý koyma (direnç) etkisi oluþturmasýdýr. AC sinyalin frekansý yükseldikçe oluþan manyetik alanýn deðiþim hýzý da artacaðýndan bobinin akýma gösterdiði direnç de yükselir. Bu nedenle bobinler, dirençleri frekansla birlikte yükselen eleman olarak nitelendirilebilir. Bobinlerin sarýldýðý kýsma "karkas", "mandren" ya da "makara", iletkenin karkas üzerinde bir tur yapmasýna ise "sipir", "tur" ya da "sarým" adý verilir. Bobinlerde çoðunlukla dýþ yüzeyi izoleli (vernikli) bakýr tel kullanýlýr. Bobinlerle Ýlgili Temel Kavramlar Elektronik devrelerde yaygýn olarak kullanýlan bobinlerin çeþitli özellikleri vardýr. Þimdi bunlarý inceleyelim. 1. Ýndüktans Bir bobinin kendi kendini etkileme derecesine indüktans denir. Baþka bir deyiþle, bobinden geçen 1 amperlik AC akýmýn 1 saniyedeki deðiþimi, 1 voltluk zýt emk oluþturuyorsa bu bobinin indüktansý 1 henrydir. Henry birimi, Joseph Henry (Cozef Henri) ( ) adlý bilginin soyadýndan alýnmýþtýr. Henry çok büyük bir birimdir. Uygulamada henrynin ast katlarý (milihenry, mikrohenry) daha çok karþýmýza çýkar. Bobinlerin birimlerinin birbirine dönüþümünün basitce gösteriliþi þöyledir: 1 H = 10 3 mh = 10 6 mh 1 mh = 10-3 mh = 10-6 H 32

33 Bobinlerin AC sinyallere gösterdiði reaktans, X L = w.l = 2.p.f.L [W ] denklemiyle bulunur. (p = 3,14. f = Frekans. w = Omega) 2. Reaktif Devre Elemaný Olarak Bobinler Bobinler de kondansatörler gibi elektrik enerjisini harcamayan reaktif devre elemanýdýr. Bu elemanlar elektrik enerjisini manyetik alan þeklinde çok kýsa süreli olarak depo ederler. Kondansatörler devreye baðlýyken gerilimi geri býrakýrken (faz farký), bobinler, gerilimi ileri kaydýrýrlar. Bu özellikleriyle bobin ve kondansatör birbirinin tamamen zýttý durumundadýr. Bobin ve kondansatörlerin akým ile gerilim arasýnda faz farký yaratmasý uygulamada çeþitli þekillerde fayda ya da zarara neden olur. 3. Bobinlerde Zýt Elektromotor Kuvvet (Zýt EMK) Bir bobine AC özellikli sinyal uygulandýðý zaman, deðiþken akým bobinin etrafýnda þekil 1.65'te görüldüðü gibi deðiþken manyetik alanlarýn oluþmasýný saðlar. Ýþte bobin çevresinde oluþan manyetik alan, bobin üzerinde iki etkide bulunur: Bobinlerin oluþturduðu manyetik alanýn birinci etkisi þöyledir: Uygulanan alternatif akým sýfýr deðerinden maksimum deðere doðru yükselirken, bobinin manyetik alaný kendisini oluþturan kuvvete karþý koyarak akýmýn artýþýný azaltmaya çalýþýr. Bobinlerin oluþturduðu manyetik alanýn ikinci etkisi ise þudur: Uygulanan alternatif akým maksimum deðerinden sýfýr deðerine doðru azalýrken, bobinin manyetik alaný kendi üzerinde gerilim indükleyerek (oluþturarak) geçen akýmýn azalmasýný yavaþlatmaya çalýþýr. Þekil 1.65: Bobinlerde oluþan manyetik alan Ýþte bobinin oluþturduðu manyetik alanýn kendi üzerinde oluþturduðu bu gerilime zýt EMK denir. Bobinler zýt EMK nedeniyle akýmýn geçiþini geciktirirler. Yani AC özellikli akýmlarýn 90 geri kalmasýna neden olurlar. 4. Bobinlerin Ýndüktans Deðerinin Deðiþmesine Yol Açan Etkenler Uygulamada kullanýlan bir bobinin indüktansý çeþitli faktörlere göre azalmakta ya da artmaktadýr. Bunlar: a. Sarým sayýsý, b. Nüvenin cinsi, c. Sarýmlar arasý aralýk, d. Tel kesiti, e. Bobinin biçimi, f. Sargý katý sayýsý, g. Bobinin çapý, h. Sargý tipi, ý. Uygulanan AC gerilimin frekansýdýr. Þekil 1.66'ya bakýnýz. a. sarým sayýsý b. nüve olarak kullanýlan maddenin türü c. sarýmlar arasý aralýk d. tel kesiti e. bobinin biçimi f. sargý katý sayýsý g. bobinin çapý h. sargý tipi Þekil 1.66: Bobinlerde indüktansýn deðiþmesine yol açan etkenler 33

34 5. Bobinlerin DC ve AC Akýmlara Karþý Davranýþý Bir bobine DC akým uygulandýðýnda geçen akým bu elemanýn etrafýnda sabit (donuk, deðiþmeyen) bir manyetik alan oluþturur. Bu alana yaklaþtýrýlan demir, nikel, kobalt gibi cisimler bobin tarafýndan çekilir. Bobin içine nüve konmaz ise çekim gücü az olur. Bobine DC uygulanýnca indüktif bir etki görülmez. Devreden geçen akýma yalnýzca bobinin omik (R) direnci karþý koyar. Ancak, bobine deðiþken gerilim (AC) uygulandýðýnda, sarým etrafýnda oluþan deðiþken manyetik alan, akýmýn dolaþýmýna engel olucu nitelikte ikinci bir etki doðurur. Tamamen bobinin indüktansýna baðlý olarak deðiþen karþý koyma þiddeti indüktif reaktans (X L ) olarak adlandýrýlýr. Bobinin AC akýma karþý gösterdiði iki zorluk empedans olarak tanýmlanýr. Empedans deðeri, [W ] denklemi ile bulunur. Örnek: Ýndüktansý 20 mh (0,02 H), omik direnci 6 W olan bobinin empedansýný bulunuz. (Frekans 50 Hz dir.) Çözüm: X L = 2.p.f.L = 2.3, ,02 = 6,28 W Þekil 1.67: Bobinlerin AC sinyallere karþý gösterdiði omik ve indüktif direncin elektriksel eþ deðeri Bobin Çeþitleri Bobinler kullaným yerlerine göre çeþitli modellerde üretilirler. Þimdi bunlarý inceleyelim. a. Hava Nüveli Bobinler Daha çok yüksek frekanslý (FM radyo alýcýlarý, telsiz, TV ve anten yükselteci devreleri vb.) sistemlerde kullanýlan bobin çeþididir. Devreye baðlý olan bu tip bir bobinin pozisyonunun el sürerek dahî deðiþtirilmesi sakýncalýdýr. Çünkü, bobinin indüktans deðeri deðiþerek devrenin çalýþmasýný olumsuz etkiler. Bu sebeple bazý cihazlarda kullanýlan hava nüveli bobinlerin üst kýsmý, mekanik zorlanmalardan etkilenmemesi için silikon benzeri yapýþtýrýcý maddelerle kaplanýr. (b) Resim 1.26: a) Hava nüveli bobin sembolleri Resim 1.27: a) Ferrit nüveli bobin sembolleri b. Ferrit (Ferit) Nüveli Bobinler Bu tip nüveli bobinler radyo frekans ve yüksek frekanslý devrelerde kullanýlýr. Nüve, demir, nikel, kobalt, alüminyum, bakýr ve bazý katký maddelerinin bir araya getirilmesiyle üretilmiþtir. Ferrit nüveli radyo frekans bobinleri çoðunlukla petek þeklinde sarýlýr. Petek sargý bobin sipirleri arasýndaki kaçak kapasiteyi azaltýr. Ferrit nüve yüksek deðerli bobinin üretilmesini saðlar. Bu 34

35 nüvelerin bir baþka yararý ise, az bir iletkenle istenilen deðerde bobin yapýlabilmesini saðlamasýdýr. Ferrit nüveler indüktansý artýrýcý etki yaparken, manyetik kuvvet çizgilerine karþý yüksek direnç gösteren pirinç ve alüminyumdan yapýlmýþ nüveler indüktansý düþürürler. Ýletken olan bu tip nüvelerin üzerinden manyetik alandan dolayý yüksek deðerli kýsa devre akýmlarý (iç akýmlar) dolaþýr. Özellikle MHz (megahertz) düzeyindeki frekanslara sahip devrelerde bobin nüveleri kýsa devre akýmlarýnýn az dolaþmasýný saðlayacak malzemelerden yapýlýr. c. Demir Nüveli Bobinler Þekil 1.94'te görülen demir nüveli bobinlere þok bobini de denir. Uygulamada daha çok filtreleme ve ses frekans devrelerinde kullanýlýrlar. d. Sac Nüveli Bobinler Transformatör, balast, AC ile çalýþan motor, kontaktör vb. gibi yerlerde fuko akýmlarýnýn etkisini azaltmak için birer yüzleri yalýtýlmýþ saclardan yapýlmýþ nüveli bobinlerdir. Þekil 1.95'te sac nüveli bobin örnekleri verilmiþtir. e. Nüvesi Hareketli Ayarlý Bobinler Resim 1.30'da görüldüðü gibi bobinlerin içindeki nüve hareketlidir. Nüvenin hareket ettirilmesiyle birlikte bobinin manyetik alaný deðiþerek indüktans deðiþmektedir. (a) (b) Resim 1.28: a) Demir nüveli bobin sembolleri b) Çe-þitli bobin nüveleri c) Demir nüveli bobin Resim 1.29: Sac nüveli bobin sembolü ve sac nüveli bobin hareket edebilen nüve bobin uçlarý (c) Resim 1.30: Çeþitli ayarlý bobinler f. Sargý Ayarlý Bobinler (Varyometre) Bobinin üzerine sürtünen týrnak þeklindeki bir uç aracýlýðýyla bobinin deðeri ayarlanabilir. Resim 1.30'da sargý ayarlý bobin sembolü görülmektedir. g. Kademeli Bobinler Bobinden alýnan uçlar çok konumlu bir anahtara (komütatör) baðlanarak farklý indüktanslar elde edilebilir. Þekil 1.68-e'de kademeli ayarlý bobin sembolü görülmektedir. 35

36 a. Ferrit nüveli tornavida ayarlý (trimer) tip ayarlý bobin sembolü b. Ferrit nüveli elle ayarlý bobin sembolleri c. Demir nüveli elle ayarlý bobin sembolü d. Sargý ayarlý bobin sembolleri e. Kademeli ayarlý bobin sembolü Þekil 1.68: Ayarlý bobin sembolleri Bobinlerin Deðerinin Renk Bantlarýyla Belirtilmesi Bazý firmalar ürettikleri bobinlerin kaç mikrohenry (mh) olduðunu renk bantlarýyla belirtmektedir. Bu yöntem dirençlerin kodlanmasýna benzer. Örnekler: -Kahve, siyah, siyah : 10 mh -Kýrmýzý, kýrmýzý, altýn : 0,22 mh Þekil 1.69: Renk bantlý bobin Bobinlerin Ýndüktans Deðerinin Belirlenmesi Bobinlerin deðeri en doðru þekilde dijital yapýlý LCRmetreler indüktans ölçme konumuna getirilerek yapýlýr. Bobinlerin Saðlamlýk Testi Ohmmetre ya da indüktansmetre ile yapýlabilir. Ohmmetreyle yapýlan ölçümde bobinin sadece DC özellikli akýmlara karþý gösterdiði omik direnç deðeri ve kullanýlan telin kopuk olup olmadýðý ölçülmüþ olur. Ýndüktansmetre ile yapýlan ölçümde ise hem bobinin deðeri, hem de saðlam olup olmadýðý anlaþýlabilir. Baskýlý Devre Üzerinde Oluþturulan Bobinler Yüksek frekanslý devrelerde (TV, video, TV anten yükselteci, FM radyo, FM verici vb.) kullanýlan bobinler, bakýrlý plâket üzerine çizilmiþ düz bir çizgi ya da zikzaklý bir çizgi ile de elde edilebilmektedir. Bobinlerin Uygulamadaki Bazý Kullaným Alanlarý Bobinler uygulamada röle, kontaktör, otomatik sigorta, analog ölçü aleti, mekanik zil, numaratör, kapý otomatiði, dinamik mikrofon, dinamik hoparlör, transformatör, teyp kafasý, balast, motor vb. gibi cihazlarda kullanýlýr. Sorular 1. Direnç nedir? Tanýmlayýnýz kw ± % 10 toleranslý direncin renklerini bulunuz. 3. Turuncu, beyaz, kýrmýzý, gümüþ renk bantlarý olan direncin deðerini bulunuz. 4. Dirençlerin seri, paralel ve karýþýk baðlanmasýnda ortaya çýkan durumlarý açýklayýnýz ve denklemleri yazýnýz kw luk bir dirence uygulanan gerilim 220 volt olduðuna göre, elemandan geçen akýmýn deðerini amper cinsinden bulunuz nf kaç pf dýr? 7. Bobinler DC ve AC özellikli akýmlara karþý nasýl davranýrlar? Açýklayýnýz. 36

37 Bölüm 1: Pasif Devre Elemanlarý Elektrik ve Elektronikle Ýlgili Temel Kavramlar 1. Elektrik 2. Elektronik 3. Elektrik Akýmý Akýmýn Ast Katlarý Akýmýn Üst Katlarý 4. Gerilim (Elektromotor Kuvvet, Emk, Potansiyel Fark) Gerilimin Ast Katlarý Gerilimin Üst Katlarý 5. Ohm Kanunu (Yasasý) 6. Elektronik Devre Elemanlarýnýn Ýþlev Açýsýndan Sýnýflandýrýlmasý a. Pasif Devre Elemanlarý b. Aktif Devre Elemanlarý Pasif Devre Elemanlarýnýn Ýncelenmesi A. Dirençler (Rezistans, Resistance) Direncin Ast Katlarý Direncin Üst Katlarý Dirençlerin Devredeki Ýþlevleri (Fonksiyonlarý) Dirençlerin Üretim Þekline Göre Sýnýflandýrýlmasý a. Sabit Deðerli Dirençler b. Ayarlý (Deðiþken Deðerli) Dirençler Dirençlerin Yapýldýðý Maddeye Göre Sýnýflandýrýlmasý a. Karbon Karýþýmlý Dirençler b. Film (Ýnce Tabakalý) Dirençler c. Tel Sarýmlý (Taþ) Dirençler Karbon ve Tel Sarýmlý Dirençlerin Teknik Özellikler Bakýmýndan Karþýlaþtýrýlmasý a. Karbon Dirençler b. Tel Sarýmlý (Taþ) Dirençler Ayarlý Direnç Çeþitleri a. Potansiyometreler (Pot) I. Anahtarlý Potansiyometre II. Stereo (Steryo) Potansiyometre III. Oto Radyo Teyp Potansiyometresi b. Trimpot (Trim, Trimer Direnç) c. Vidalý Tip (Çok Turlu) Ayarlý Direnç Ayarlý Dirençlerin Direnç Deðiþim Karakteristikleri a. Direnç Deðerleri Lineer (Doðrusal) Olarak Deðiþen Ayarlý Dirençler b. Pozitif Logaritmik (Poz. Log.) Özellikli Ayarlý Dirençler c. Negatif Logaritmik (Neg. Log) Özellikli Ayarlý Dirençler Ayarlý Dirençlerin Kullaným Alanlarý a. Akým Ayarlayýcý (Sýnýrlayýcý) Olarak Kullanma b. Gerilim Ayarlayýcý Olarak Kullanma Ayarlý Dirençlerin Saðlamlýk Testi Kademeli Dirençler

38 Kademeli Direnç Çeþitleri a. Çok Ayaklý Kademeli Dirençler b. Direnç Kutularý Entegre Tipi Dirençler SMD Tip (Surface Mounted Device, Yüzeye Monte Edilmiþ Eleman) Dirençler Dirençlerin Baðlantý Þekilleri a. Dirençlerin Seri (Ard Arda) Baðlanmasý b. Dirençlerin Paralel Baðlanmasý c. Dirençlerin Karýþýk (Seri - Paralel) Baðlanmasý Kirchhoff Kanunlarý a. Kirchhoff (Kirþof)'un Gerilim Kanunu b. Kirchhoff'un Akým Kanunu Elektrikte Güç (P) Elektronik Devrelerde Kullanýlan Dirençlerde Güç Dirençlerin Standart Güç Deðerleri Dirençlerin Omaj (W ) Deðerinin Belirtilmesi Dirençlerde Omaj Deðerini Belirtme Yöntemleri a. Dirençlerin Deðerinin Yazýlý Olarak Belirtilmesi Deðeri Rakam ve Harflerle Belirtilen Dirençlerin Toleransýný Belirten Harfler Tolerans Deðerli Rakamsal Kodlama Örnekleri b. Dirençlerin Deðerinin Renk Bantlarýyla Belirtilmesi Dirençlerin renk bantlarýyla kodlanýþ þekilleri þöyledir: 1. Üç Renk Bantlý (Halkalý) Kodlama 2. Dört renk Bantlý (Halkalý) Kodlama 3. Beþ Renk Bantlý (Halkalý) Kodlama Dirençlerde Tolerans (Hata Oraný) Ayarlý Dirençlerin Bakýmý Ayarlý Direnç Baþlýklarý Direnç Üretim Serileri IEC (International Electrotechinical Comission) Standartlarýna Göre Üretim Serileri E6 Serisi E-6 Serisinin Anlamý E-12 Serisi E-24 Serisi Arýzalý Direncin Belirlenmesi Sýnýrlama ve Denetleme Dirençleri (Özel Dirençler) a. Iþýða Duyarlý Dirençler (LDR, Light Dependent Resistance, Fotodirenç) LDR nin Saðlamlýk Testi b. Isýya Duyarlý Dirençler (Termistör, Th, Termistans) 1. PTC (Positive Temperature Confient) PTC'nin Saðlamlýk Testi 2. NTC (Negative Temperature Confient) NTC'nin Saðlamlýk Testi PTC ve NTC'lerin Bazý Kullaným Alanlarý PTC ve NTC lerin Direnç Deðerinin Renk Halkalarýyla Belirtilmesi

39 c. Gerilime Duyarlý Dirençler (VDR, Varistör, Voltage Dependent Resistor) B. Kondansatörler (Kapasitör, Meksefe, Capacity) a. Kondansatörlerin Yapýsý b. Kondansatörlerin Elektrik Enerjisini Depolama Kapasitesi c. Kondansatörlerin Þarjý (Dolmasý) Kondansatörlerin Kullanýlan Dielektriðin Tipine Göre Sýnýflandýrýlmasý a. Elektrolitik Kondansatörler I. Sývýlý Tip Elektrolitik Kondansatörler II. Kuru Tip Elektrolitik Kondansatörler Elektrolitik Kondansatörlerin Kapasite Deðerleri Elektrolitik Kondansatörlerin Çalýþma Gerilimleri Elektrolitik Yapýlý Kondansatörlerde Sýcaklýðýn Önemi b. Kâðýtlý Kondansatörler c. Metal - Kâðýtlý Kondansatörler d. Plâstik Kondansatörler e. Tantal Kondansatörler f. Seramik Kondansatörler g. Mika (Mikalý) Kondansatörler h. SMD (Surface Mounted Device) Kondansatörler ý. Polyester Kondansatörler Kondansatörlerin Kapasite Deðerinin Ölçülmesi Kondansatörlerin Kapasite Açýsýndan Sýnýflandýrýlmasý a. Sabit Kapasiteli Kondansatörler b. Deðiþken Kapasiteli (Ayarlý) Kondansatörler Deðiþken Kapasiteli Kondansatör Çeþitleri 1. Kapasite Deðeri Elle Deðiþtirilebilen (Varyabl, Mil Ayarlý) Kondansatörler 2. Kapasite Deðeri Tornavida ile Deðiþtirilebilen (Trimer) Kondansatörler Kondansatör Birimlerinin Birbirine Dönüþtürülmesi Kondansatörlerin Çalýþma Voltajý Ek Bilgi: Etkin (Efektif, RMS) Deðer Kondansatörlerin Kapasite Deðerinin Rakam, Harf ve Renk Bantlarýyla Belirtilmesi a. Rakamlarla Yapýlan Kodlama b. Renk Bantlarýyla Yapýlan Kodlama I. Üç Renk Bandýyla Yapýlan Kodlama II. Dört Renk Bandýyla Yapýlan Kodlama III. Beþ Renk Bandýyla Yapýlan Kodlama IV. Altý Renk Bandýyla Yapýlan Kodlama Kondansatör Baðlantýlarý a. Seri Baðlama b. Paralel Baðlama c. Karýþýk Baðlama Kondansatörlerin Kullaným Alanlarýna Ýliþkin Örnekler Kondansatörlerin Saðlamlýk Testi a. Küçük Kapasiteli Kondansatörlerin (1 pf-1 mf) Saðlamlýk Testi b. Büyük Kapasiteli Kondansatörlerin ( mf) Saðlamlýk Testi Kondansatör Arýzalarý a. Kýsa Devre

40 b. Devre Kopukluðu C. Bobinler (Ýndüktör, Self, Coil) Bobinlerle Ýlgili Temel Kavramlar 1. Ýndüktans 2. Reaktif Devre Elemaný Olarak Bobinler 3. Bobinlerde Zýt Elektromotor Kuvvet (Zýt emk) 4. Bobinlerin Ýndüktans Deðerinin Deðiþmesine Yol Açan Etkenler 5. Bobinlerin DC ve AC Akýmlara Karþý Davranýþý Bobin Çeþitleri a. Hava Nüveli Bobinler b. Ferrit (Ferit) Nüveli Bobinler c. Demir Nüveli Bobinler d. Sac Nüveli Bobinler e. Nüvesi Hareketli Ayarlý Bobinler f. Sargý Ayarlý Bobinler (Varyometre) g. Kademeli Bobinler Bobinlerin Deðerinin Renk Bantlarýyla Belirtilmesi Bobinlerin Ýndüktans Deðerinin Belirlenmesi Bobinlerin Saðlamlýk Testi Baskýlý Devre Üzerinde Oluþturulan Bobinler Bobinlerin Uygulamadaki Bazý Kullaným Alanlarý Sorular

41 Bölüm 2: Yarý Ýletkenler A. Temel Kavramlar Elektroniðin temelini oluþturan yarý iletkenleri açýklamadan önce madde ile ilgili kavramlarý inceleyelim. Bilindiði gibi bütün maddeler atomlardan oluþmuþtur. Beþ duyu organýmýzla çevreyi incelediðimizde çok sayýda deðiþik özellikli madde görürüz. Örneðin, su, cam, bakýr, demir, hava gibi. a. Madde Dünyada bulunan 109 çeþit maddenin (element) tümü atomlarýn birleþiminden oluþmuþtur. Maddeler doðada katý, sývý ve gaz hâlinde bulunurlar. Elektrik akýmýný iletme durumlarýna göre maddeler üçe ayrýlýr. Bunlar iletken, yalýtkan ve yarý iletkenlerdir. Elektronik devrelerin büyük bölümü katýlarýn iletkenliði temeline dayanýlarak yapýlýr. Bir maddenin elektriði iletme oraný, maddenin serbest elektron üretme yeteneðine baðlýdýr. b. Atom Yapýlan deneyler, atomun tek bir bütün olmadýðýný, daha küçük parçalardan oluþtuðunu göstermiþtir. Atom, merkezindeki artý (+) yüklü ve yüksüz parçacýklardan oluþan çekirdek ve elektronlarýyla güneþ sistemi gibidir. Atomun çekirdeðindeki parçacýklara proton ve nötron adý verilir. Çekirdeðin çevresinde ise eksi (-) yüklü elektronlar vardýr. Þekil 2.1 ve þekil 2.2'de atomun yapýsý gösterilmiþtir. Atom, bölünemez anlamýndadýr. Baþka bir deyiþle maddelerin bölünemeyen en küçük yapý taþlarýna atom denir. Atom çekirdeðinin çevresinde dönen çekirdek Þekil 2.1: Atomun yapýsýnýn basit olarak gösteriliþi yörüngeler 32e elektronlar 18e çekirdek (proton ve nötronlar) Þekil 2.2: Atomun çekirdeði ve yörüngelerdeki elektronlarýn diziliþi elektronlar en çok 7 yörünge üzerinde hareket ederler. Eksi (-) yüklü olan elektronlar yörüngelerinin bulunduðu yarý çapa orantýlý olarak potansiyel ve kinetik enerjiye sahiptir. Atomlarda çekirdeðe en yakýn yörüngedeki elektronlarýn enerji seviyeleri en düþüktür. Çekirdekten uzaklaþtýkça enerji seviyeleri artar. Elementler içinde en basit yapýya sahip olan madde þekil 2.3'te görülen hidrojen atomudur. Bu atom, ortada bir çekirdek ile onun etrafýndaki yörüngede dönen bir elektrondan oluþmuþtur. 37 8e 2e

42 Atomlarýn çekirdeðinde bulunan protonlar elektriksel bakýmdan (+) yüklü, nötronlar ise yüksüzdür. Nötronlarýn elektriksel ve kimyasal etkileþimlerde etkisi (iþlevi) yoktur. Atomdaki elektronlar, K, L, M, N, O, P, Q adý verilen kabuklarýnda daðýlmýþ olup, elektrik akýmýný taþýyan elektronlar en son kabukta yer almaktadýr. Bir maddenin elektriksel olaylarýnýn oluþtuðu son kabukta bulunan elektronlara valans elektronlarý denir. elektron atom çekirdeði c. Elektrik Yükü Bir atom, elektron kaybettiðinde þekil 2.4-b'de görüldüðü Þekil 2.3: Hidrojen atomu gibi pozitif yüklü hâle geçer. Eðer dýþarýdan bir elektron alýrsa þekil 2.4-c'de görüldüðü gibi negatif yüklü duruma geçer. Atomlarýn artý (+) ya da eksi (-) yüklü olmasý durumuna þarjlý olma da denilir. Eðer herhangi bir atom þarjlý durumdaysa buna iyon adý verilir. Atomlar fazla olan elektronlarýný verip nötr (yüksüz) hâle geçmek isterler. Yani üzerlerindeki fazla elektronlarý ilk fýrsatta komþu bir atoma vermeye çalýþýrlar. Bu özellik ayný adlý kutuplarýn birbirini itmesi, zýt kutuplarýn birbirini çekmesi özelliðinden kaynaklanmaktadýr. 3e - var 2e - var 4e - var (a) atom nötr (dengede) (b) atom artý yüklü (c) atom eksi yüklü Þekil 2.4: Atomun "nötr", "artý yüklü", "eksi yüklü" iyon durumunun gösteriliþi d. Ýyon Atomlarýn elektriksel açýdan dengesiz hâline iyon denir. Þöyle ki; dýþ etkilerle atomun son yörüngesinde bulunan elektronun biri alýnýrsa elektriksel denge bozularak atom, artý (+) yüklü iyon durumuna geçer. Þayet dengedeki bir atomun son yörüngesine bir elektron girecek olursa atom eksi (-) yüklü iyon durumuna geçer. Þekil 2.4-a-b-c'ye bakýnýz. e. Molekül Bir kaç maddenin birleþiminden oluþmuþ yeni maddenin en küçük parçacýðýna molekül denir. Örneðin suyun oluþumu için 1 oksijen atomuyla 2 hidrojen atomu gerekir. Bakýr sülfat molekülünde ise 1 bakýr atomu, 1 kükürt atomu ve 4 oksijen atomu vardýr. Ýþte bu birleþimlerin en küçük yapý taþý moleküldür. Þekil 2.5'te molekül modeli örneði verilmiþtir. B. Ýletkenler, Yalýtkanlar ve Yarý Ýletkenler a. Ýletkenler Bir atomun en dýþ yörüngesinde az sayýda (1-2-3) elektron varsa, bu elektronlarý çekirdeðe baðlayan güç zayýftýr. Örneðin 38 Þekil 2.5: Molekül modeli

43 bakýr atomunun son yörüngesinde 1 elektron valans (serbest) elektronlar vardýr ve bu, çekirdek tarafýndan kuvvetlice çekilmediðinden kolayca serbest hâle geçebilir. Bakýrdan yapýlmýþ bir çekirdek iletkenin iki ucuna belli bir bakýr iletken gerilim uygulanýrsa, Þekil 2.6: Bakýr atomunun yapýsýnýn basit olarak gösterilmesi elektronlar pilin eksi (-) ucundan artý (+) ucuna doðru gitmeye baþlar. Ýþte bu elektron hareketi elektrik akýmýdýr. Gerilim kaynaðýnýn artý ucu elektronlarý yakalarken, eksi ucu maddeye elektron verir. Burada gerilimi bir çeþit elektron pompasý serbest elektron Þekil 2.7: Serbest elektronlarýn iletken içindeki hareketi olarak düþünebiliriz. Gerilimin büyüklüðü artarsa, elektronlar daha hýzlý bir þekilde ilerlerler. Yani ortalama hýzlarý artar. Baþka bir deyiþle, son yörüngesinde (valans bandý) elektron bulunduran maddeler az ya da çok elektrik akýmýný iletirler. En dýþ yörüngesinde 2 elektron bulunduran demir ve 3 elektron bulunduran alüminyumun iletkenlikleri bakýra göre daha azdýr. Þekil 2.6'da bakýrdan yapýlmýþ iletkende serbest elektronlar, þekil 2.7'de bakýr iletkende serbest elektronlarýn hareketi, þekil 2.8'de bakýr atomunun yapýsý ve þekil 2.9'da bakýr atomunun basit olarak gösteriliþi verilmiþtir. çekirdek 29p 1e serbest elektron Þekil 2.8: Bakýrýn atom yapýsý Þekil 2.9: Bakýr atomunun yapýsýnýn basitçe gösteriliþi b. Yalýtkanlar Gerilim uygulandýðýnda iletkenliði çok alçak düzeyde olan malzemelere yalýtkan denir. Baþka bir deyiþle elektrik akýmýný iletmeyen maddeler yalýtkandýr. Atom yapýsý açýsýndan bakýldýðýnda, son yörüngelerinde (valans bandý) elektron bulunduran tüm maddeler az ya da çok yalýtkandýrlar. 39

44 Yalýtkanlarda atomlar arasý boþlukta serbest elektron bulunmaz. Ayrýca elektronlar çekirdeðe çok sýký baðlarla baðlýdýr. Elektrik akýmýný geçirmeyen yalýtkan maddelerde her atom nötr durumdadýr. Bir yalýtkana fazladan yüklenen þarj, maddenin o bölgesinde statik olarak kalýr. Yükler atomdan atoma iletilmediði için yalýtkan üzerinde baþka bir bölgeye geçiþ söz konusu deðildir. Þekil 2.10'da görüldüðü gibi plâstik, cam, kauçuk, mermer, kâðýt, tahta gibi yalýtkanlýk düzeyi yüksek olan maddelerin atomlarýnýn son yörüngelerinde 8 adet elektron vardýr. Yani bu atomlarda son yörünge elektron bakýmýndan doymuþ Þekil 2.10: Yalýtkanlarýn son yörüngesinde bulunan elektronlar durumdadýr. Dýþarýya elektron verme ya da dýþarýdan elektron alma çok zordur. Cam, mika gibi iyi yalýtkanlarýn direnci W /cm 3 düzeyindedir. Yalýtkanlarýn çok yüksek direnç göstermeleri madde içindeki serbest elektronlarýn ya da diðer akým taþýyýcýlarýn olmamasýndandýr. Yani yalýtkanlarda atomun bað yapýsý, elektronlarýn yörüngesinden çýkmasýna izin vermez. Bu durumu enerji bandý yönünden ele alýrsak, iletim bandý ile valans bandý arasýndaki yasak bölge þekil 2.12'de görüldüðü gibi dýþarýdan uygulanacak enerji ile aþýlamayacak kadar geniþtir. Ek Bilgi: Yalýtkanlarýn Delinmesi Aslýnda elektrik akýmýný hiç geçirmeyen madde yoktur. Yalýtkan olarak bilinen maddeler çok az bir akým geçirirler. (Ýyi bir yalýtkan olarak kabul edilen polistirinin 1 cm 3 ünde 6, adet serbest elektron bulunur.) Fakat bu canlýlar için zararlý deðildir. Yalýtkana uygulanan gerilim arttýkça geçirdiði akým da artmaya baþlar. Belli bir gerilim seviyesinden sonra yalýtkan tamamen iletken olur. Buna yalýtkanýn delinmesi denir. Her yalýtkanýn delinmesine yol açan gerilim deðeri ayrýdýr. Elektrik ve elektronik çalýþmalarýnda kullanýlan el takýmlarýnýn sap izoleleri incelenecek olursa burada yalýtkanýn dayanabileceði son (maksimum) gerilim deðeri yazýlýdýr. Örneðin penselerin sap izolesinde volt yazar. Bu, plâstik yalýtkan volttan sonra iletken hâle geçebilir anlamý taþýr. c. Yarý Ýletkenler Son yörüngelerinde (valans bandý) dört elektron bulunduran maddelere yarý iletken denir. Yarý iletkenlerin direnci iletkenlerin direncinden yüksek, yalýtkanlarýn direncinden düþüktür. Yani iletkenlik bakýmýndan iletken ve yalýtkanlar arasýnda yer alýrlar. Yarý iletkenlerin 1 cm 3 ünün iki yüzü arasýndaki direnç normal oda sýcaklýðýnda 0,1-50 W arasýndadýr. Bu tip maddelerin dirençleri sýcaklýkla düzgün deðiþme göstermez. Yarý iletkenlerin bazýlarý bileþik, bazýlarý elementtir. Bileþiklere örnek olarak çinko oksit ile bakýr oksiti verebiliriz. Elementlere örnek olarak germanyum ve silisyum (silikon) gösterilebilir. Yarý iletkenler þekil 2.11'de görüldüðü gibi kristal yapýdadýr. Yani atomlarý belirli bir sistemle Þekil 2.11: Yarý iletkenlerin kristal yapýsýnýn üç boyutlu olarak gösterilmesi 40

45 sýralanmýþtýr. Bu yapý tekli (mono) kristal ya da çoklu (poli) kristal olabilmektedir. Silisyum ve germanyum atomlarýnýn son yörüngelerinde dörder elektron vardýr. Germanyumun ve silisyumun saf kristalleri oldukça iyi bir yalýtkan olmalarýna karþýn, atom yapýlarýna küçük miktarlarda arsenik, indiyum vb. ekleyerek iletkenlikleri önemli ölçüde deðiþtirilebilir. enerji enerji enerji iletkenlik bandý iletkenlik bandý iletkenlik bandý yasak bant çok küçük yasak bant (boþluk bandý) yasak bant (boþluk bandý) valans bandý valans bandý valans bandý a) iletken b) yarý iletken c) yalýtkan Þekil 2.12: Ýletken, yarý iletken ve yalýtkan atomlarýnda enerji seviyeleri C. Atomlarda Enerji Seviyeleri ve Bant Yapýlarý Bir maddeyi elektriksel bakýmdan iletken hâle getirebilmek için dýþarýdan bir enerji uygulanmasý gerekir. Bu enerji miktarý üç ayrý enerji bandýnýn oluþmasýný saðlar. Bunlar, þekil 2.12'de görülebileceði gibi iletkenlik bandý, yasak bant ve valans bandýdýr. Herhangi bir atomun valans bandýndaki elektronlarýn yörüngesinden koparak iletkenlik bandýna geçebilmesi için, bu iki bant arasýndaki yasak bandý geçmesi gerekir. a. Yasak Bant Elektron bakýmýndan boþ bulunan ve valans bandýndaki elektronlarýn iletkenlik bandýna geçmesini zorlaþtýran boþluða denir. b. Ýletkenlik Bandý Valans bandýndan kopan ve akým taþýyabilecek durumda olan elektronlarýn bulunduðu banttýr. Maddeler, elektronlarýnýn bu banda geçmesiyle iletken hâle gelirler. Maddelerin elektriksel iletkenliði, atomlarýnýn enerji seviyelerine baðlýdýr. Her maddenin, içinde bulunan elektronlarýn serbest hâle geçmesi için, o maddeye dýþarýdan farklý enerji seviyeleri uygulamak gereklidir. Saf bir yarý iletken maddede iletkenlik, elektronlarýn bir banttan diðerine geçmesiyle meydana gelir. Yani bir atomun son yörüngesinde bulunan valans elektronun serbest duruma geçmesi, o maddenin iletkenlik kazanmasý anlamýna gelir. Dýþarýdan enerji (ýsý, ýþýk vb.) alan bir elektron bir üst banda (tabakaya) yükselebilir. Daha düþük bir banda geçen elektron ise dýþarýya enerji yayar. Valans bandýnda bulunan elektronlar çekirdeðin çekim kuvveti nedeniyle yörüngelerinden çýkamazlar. Bunlarýn serbest hâle geçebilmesi için dýþarýdan yeter miktarda enerji uygulanmasý gereklidir. Bu enerjiyi alan elektron, valans bandýndan çýkýp yasak bölgeyi geçerek iletkenlik bandýna ulaþýr ve orada akým taþýyýcý olarak görev yapmaya baþlar. Elektron yerinden çýktýðý zaman arkasýnda bir oyuk býrakýr. Oyuk pozitif yüklü olarak kabul edilir. 41

46 Ýletkenlerin valans bandý enerji seviyesiyle iletkenlik bandý enerji seviyesi aynýdýr. Bu nedenle iletkenlerde küçük bir enerji uygulanmasýyla pek çok valans elektron serbest duruma geçebilmektedir. Baþka bir anlatýmla, iletkenlerde yasak bant yok denecek kadar azdýr. Bu sayede elektronlar kolaylýkla valans bandýndan iletkenlik bandýna atlayabilirler. Þekil 2.12-a'ya bakýnýz. Yarý iletkenlerin valans bandýyla iletkenlik bandý arasýnda þekil 2.12-b'de görüldüðü gibi belirli bir boþluk bandý vardýr. Bundan dolayý yarý iletkenlerin iletkenlik oluþturabilmesi için, valans elektronlarýna boþluk bandý kadar ek enerji uygulamak gereklidir. Yalýtkanlarda ise þekil 2.12-c'de görüldüðü gibi oldukça büyük bir boþluk bandý vardýr. Bundan dolayý elektronlarý valans bandýndan iletkenlik bandýna geçirebilmek için çok yüksek deðerli enerjiye gerek vardýr. c. Atomlarýn Yörüngelerindeki Elektron Sayýlarý 20. yüzyýlýn baþlarýnda Bohr ve diðer bilginler tarafýndan yapýlan çalýþmalar elektron yörüngelerinin katmanlar hâlinde oluþtuðunu göstermiþtir. Baþka bir deyiþle, elektronlar yörünge (orbital, kabuk) adý verilen yollar üzerinde dönerler. Bu yörüngelere K, L, M, N, O, P, Q adý verilir ve yörüngeler çekirdekten dýþarýya doðru 1, 2, 3,... olarak numaralanýr. Her yörüngede en çok kaç elektron bulunduðu katman sayýsýnýn karesinin 2 ile çarpýlmasýyla bulunur. Yani her katmanda bulunabilen en fazla elektron sayýsý 2n 2 denklemiyle bulunur (n = 1, 2, 3...). Atomlarýn kabuklarýndaki maksimum elektron sayýlarý þöyledir: K: 2, L: 8, M: 18, N: 32, O: 50, P: 72, Q: 98 Örnek: Atomun ikinci (L) kabuðunda bulunabilecek maksimum elektron sayýsýný hesaplayýnýz. Çözüm: L kabuðunda bulunabilen maksimum elektron sayýsý = 2.n 2 = = 2.4 = 8 d. Atomlarda Kovalent (Ýkili) Bað Kristal özellikli maddelerin içinde bulunan atomlarýn elektronlarý dizilirken kimyasal olarak 8 li baðlarla birbirine baðlanýrlar. Yani kovalent yapýnýn oluþmasý için 8 elektrona gerek vardýr. Ve bu iþlem yarý iletken atomlarýnýn son yörüngelerindeki elektronlarýn karþýlýklý kullanýmýyla gerçekleþir. Þekil 2.13'e bakýnýz. Silisyumun (ya da germanyumun) dört elektronu komþu silisyum atomlarýnýn elektronlarýný ortak olarak kullanýr. Ortak kullanýmdaki elektronlar hem kendi hem de komþu atomun çevresinde döner. Buna kovalent bað denir. Silisyum ya da germanyum kristali ýsýtýlýr ya da elektrik akýmýnýn etkisine maruz býrakýlýrsa, kovalent baðlarýn çekim kuvvetini yenen çok az sayýdaki elektron serbest hâle geçer. Halbuki ayný uygulama iletkenlere (örneðin bakýra) yapýlsa sayýlamayacak derecede çok sayýda elektron serbest hâle geçer. kovalent baðlar Þekil 2.13: Yarý iletkenlerde kovalent baðlarýn gösteriliþi 42

47 Si Þekil 2.14: a) Germanyum atomunun yapýsý b) Germanyum atomunun basitçe gösteriliþi Þekil 2.15: Silisyum atomunun basitçe gösteriliþi D. Saf (Katkýsýz) Germanyum ve Silisyumun Kristal Yapýlarý Elektronik devre elemanlarýnýn büyük bir bölümü silisyum ve germanyum elementlerinden üretilmektedir. Yaklaþýk yarým asýr önce baþlayan yarý iletken temelli devre elemaný üretiminde ilk zamanlar germanyum maddesi çok yaygýndý. Günümüzde ise bu madde az kullanýlmaktadýr. Çünkü germanyum oda sýcaklýðýnda bile çok sayýda elektronunu serbest býrakmakta, bu ise sýzýntý akýmlarýnýn çoðalmasýna yol açmaktadýr. Sýcaklýk arttýkça ise germanyumdaki iletkenlik iyice artmakta ve bu madde iletken gibi davranmaya baþlamaktadýr. Silisyum maddesi ise oda sýcaklýðýnda tam bir yalýtkan gibi davranmaktadýr. Ýþte bu nedenle diyod, transistör, tristör, entegre vb. yapýmýnda silisyum maddesi daha çok kullanýlmaktadýr. Doðadan elde edilen bu iki madde saflaþtýrýlarak (baþka maddelerden arýndýrýlarak) monokristal hâline getirildikten sonra devre elemanlarý üretiminde kullanýlmaktadýr. Kimyasal iþlemlerle yabancý maddelerden arýndýrýlan ve monokristal hâle getirilen germanyum ve silisyumun iç yapýsý incelenecek olursa þekil 2.11'de görülen kübik kafes sistemi karþýmýza çýkar. Þekilde kürecikler atomlarý, aralarýndaki çubuk yollar ise kovalent baðlarý göstermektedir. Germanyum atomunda þekil 2.14'te görüldüðü gibi 32 elektron (K kabuðunda 2, L kabuðunda 8, M kabuðunda 18 ve N kabuðunda 4) bulunur. Elektronikle ilgili anlatýmlarda germanyumun sadece en son yörüngesindeki dört elektrondan bahsedildiðinden, bu atomun iç yapýsý basit olarak þekil 2.14-b'deki gibi gösterilir. Silisyum atomunda ise 14 elektron, (K kabuðunda 2, L kabuðunda 8 ve M kabuðunda 4 elektron) vardýr. Þekil 2.15'te 14 elektronlu silisyum atomunun basit gösteriliþi verilmiþtir. Atomlarýn sadece en dýþ yörüngesinde bulunan elektronlarda elektriksel olaylar meydana geldiðinden, anlatýmlarda yalnýzca en dýþ yörüngeden söz edilir. Diðer (iç) yörüngelerdeki elektronlar çekirdek tarafýndan çok sýký olarak çekildiklerinden, bulunduklarý yörüngeden ayrýlamazlar. Kristal yapýya sahip olmayan maddelerin elektronlarý kendi atom çekirdeði etrafýnda döner. Ancak germanyum, silisyum gibi kristal yapýya sahip maddelerin son yörünge (valans) elektronlarý komþu atomlarýn her bir valans elektronlarýyla adeta baðlýymýþ gibi birlikte dönerler. Bunlara ortak valans çiftleri denir. Komþu atomlar arasýndaki ortak valans baðlarý atomlar arasýnda bir çekme kuvveti yaratýr. Ancak komþu atom çekirdeklerindeki artý (+) yükler arasýndaki itme kuvvetleri bu çekim gücüne karþý koyar. Bu sayede kristal madde içinde elektriksel denge kurulur. 43

48 Kovalent bað içinde olan germanyum ya da silisyum maddesinde elektrik akýmý hareketini baþlatmak için dýþardan bir enerji uygulamak gereklidir. Çünkü normalde bu maddeler yalýtkan gibi davranýrlar. E. Saf Olmayan (Katkýlý) Germanyum ve Silisyumun Kristal Yapýsý Yarý iletkenlere baþka madde katýldýðý zaman katkýlanan bu elementlerin elektriksel özellikleri deðiþmektedir. Baþka bir deyiþle, elektronik devrelerin üretilmesinde kullanýlan P ve N tipi yarý iletkenler germanyum ya da silisyuma belli oranlarda yabancý madde katýlmasýyla oluþturulmaktadýr. Son yörüngesinde (valans yörünge) 3 elektron bulunduran maddeler kullanýldýðýnda P tipi bir yarý iletken oluþurken, 5 elektron bulunduran maddeler kullanýldýðýnda ise N tipi yarý iletken elde edilmektedir. Son yörüngesinde üç valans elektronu bulunan maddeler þunlardýr: Ýndiyum, galyum, alüminyum, bor Son yörüngesinde beþ valans elektronu bulunan maddeler ise þunlardýr: Arsenik, antimuan, fosfor a. N (Negatif) Tipi Yarý Ýletkenin Oluþumu Son yörüngesinde 4 elektron bulunduran silisyum ya da germanyumun içine (yaklaþýk olarak 100 milyonda 1 oranýnda), son yörüngesinde 5 elektron bulunduran arsenik (ya da fosfor, antimuan) maddesi karýþtýrýlýrsa, arseniðin 4 elektronu komþu elektronlarla kovalent bað yapar. Bir elektron ise boþta kalýr. Þekil 2.16'da görüldüðü gibi serbest hâle geçen beþinci arsenik elektronu, kristal yapýdaki madde içinde dolaþýr. Ýþte elektron yönünden zengin olan bu karýþýma N tipi yarý iletken denir. Kristal yapý içine katýlan 5 elektronlu madde bir elektronunu yitirdiði için elektriksel olarak pozitif (+) yüklü iyon duruma geçer. Bu elektriksel durum basit olarak gösterilirken, çekirdek (+) yüklü, serbest hâlde dolaþan elektronlar ise (-) yüklü olarak ifade edilir. N tipi yarý iletkenin oluþturulmasýnda kullanýlan maddeler elektron çoðalmasýna neden olduklarýndan, bunlara verici (donör) adý verilir. N tipi yarý iletken hâline gelmiþ olan maddenin serbest hâle geçmiþ elektronlarý çok olduðu için bunlara çoðunluk taþýyýcýlar denir. Yani, N tipi maddede elektrik akýmýnýn taþýnmasý iþinde çoðunluk olan elektronlar görev yapar. b. P (Pozitif) Tipi Yarý Ýletkenin Oluþumu Son yörüngesinde 4 elektronu bulunan silisyum ya da germanyumun içine (yaklaþýk 100 milyonda 1 oranýnda) son yörüngesinde 3 elektron bulunan indiyum (ya da galyum, bor, alüminyum) karýþtýrýlýrsa, indiyumun 3 elektronu komþu elektronlarla kovalent bað yapar. Þekil 2.17'de görüldüðü gibi silisyum ya da germanyumun elektronlarýndan birisi ise bað yapacak indiyum elektronu bulamaz ve dýþarýdan elektron kapmak ister. Ýþte elektron yönünden fakir olan bu karýþým elektriksel olarak pozitif yüklü iyon kabul edilir. Elektrona ihtiyaç olan yer bir oyuk (hole, delik, boþluk) ile ifade edilir ve bu pozitif yüklü 44 serbest hâle geçen beþinci elektron Þekil 2.16: N tipi yarý iletkenin oluþumu

49 kabul edilir. Çünkü oyuk her an elektron çekmeye uygun durumdadýr. Oyuk yönünden zengin olan bu tip karýþýma da P tipi madde denir. P tipi maddenin durumu basitçe gösterileceði zaman, çekirdek eksi (-) yüklü, oyuklar ise artý (+) yüklü olarak ifade edilir. P tipi yarý iletkenin oluþumunda kullanýlan maddeler (indiyum, galyum, bor) elektron azalmasýna neden olduklarýndan, bunlara alýcý (akseptor) adý verilir. F. N ve P Tipi Yarý Ýletkenlerde Elektron ve Oyuk Hareketleri Dýþardan madde katkýsý yapýlarak elde edilen P ve N tipi yarý iletkenler tek baþlarýna kullanýldýklarýnda akýmý iki yönde de taþýyabilirler. Bu özellik bir iþe yaramaz. Ancak, yarý iletkenin elektrik akýmýna karþý gösterdiði tepkiyi öðrenebilmek için þimdi bunlarý inceleyelim. a. N Tipi Yarý Ýletkenlerde Eksi (-) Yüklü anahtar Elektronlarýn Hareketi N tipi yarý iletkenlerde elektronlar çoðunluk taþýyýcý durumundayken, çok az sayýda olan oyuklar ise azýnlýk taþýyýcýsý durumundadýr. Þekil 2.18'de verilen baðlantý yapýldýktan sonra N tipi yarý iletkene DC gerilim uygulanýrsa, serbest hâldeki elektronlar, gerilim kaynaðýnýn (+) ucunun çekme kuvveti ve (-) ucunun da itme kuvvetiyle, kaynaðýn (+) ucuna doðru akar. Üretecin uçlarý ters çevrilerek devre anahtar gözlenecek olursa elektronlarýn bir öncekinin tersi yönde aktýðý görülür. Not: N tipi yarý iletken içinde çok az sayýda oyuk bulunmasý maddenin tam saf olmamasýndan kaynaklanýr. Bunun pratikte fazla bir zararý yoktur. b. P Tipi Yarý Ýletkenlerde Artý (+) Yüklü Oyuklarýn Hareketi P tipi yarý iletkenlerde oyuklar çoðunluk taþýyýcý durumundayken, çok az sayýda olan elektronlar ise azýnlýk taþýyýcýsý durumundadýr. Þekil 2.19'da verilen baðlantý yapýldýktan sonra P tipi yarý iletkene DC gerilim uygulanýrsa, oyuklar gerilim kaynaðýnýn eksi (-) ucunun çekme kuvveti ve artý (+) ucunun da itme kuvvetiyle, kaynaðýn eksi (-) ucuna doðru akar. Üretecin uçlarý ters yönlü çevrilerek devre gözlenecek olursa oyuklarýn bir öncekinin tersi yönde aktýðý görülür. 45 Þekil 2.17: P tipi yarý iletkenin oluþumu gerilim kaynaðýnýn etkisiyle oluþan elektron hareketi U Þekil 2.18: N tipi yarý iletkenlerde elektron hareketi gerilim kaynaðýnýn etkisiyle oluþan oyuk hareketi U Þekil 2.19: P tipi yarý iletkenlerde oyuk hareketi

50 Not: P tipi yarý iletken içinde çok az sayýda serbest elektron bulunmasý, maddenin tam saf olmamasýndan kaynaklanan bir durumdur. Bunun pratik uygulamalarda zararý yoktur. Yukarýda anlatýlan iki duruma dikkat edilirse, P ve N tipi yarý iletkenlerin tek baþýna her iki yönde de akým geçiþine izin verdiði görülür. Bunun uygulamada hiçbir yararý yoktur. O nedenle P ve N tipi yarý iletkenler tek baþýna deðil, çeþitli þekillerde biraraya getirilerek devre elemaný yapýmýnda kullanýlýr. P tipi maddede az sayýda olan elektronlarla, N tipi maddede bulunan az sayýdaki oyuklara azýnlýk akým taþýyýcýlarý adý verilir. Yarý iletken üretim teknikleri geliþtikçe % 100 saflýkta germanyum ve silisyum elde etmek mümkün hâle gelmiþtir. Ancak yine de yarý iletken devre elemanlarý baðlý olduklarý devrelerde çalýþýrken ýsý, ýþýk, aþýrý yük gibi etkenlerle azýnlýk olan akým taþýyýcýlarýnda artýþ olmaktadýr. Sorular 1. Elektron, proton, nötron nedir? Tanýmlayýnýz. 2. N tipi ve P tipi yarý iletkenin oluþumunu þekil çizerek anlatýnýz 3. Kovalent bað hakkýnda bilgi veriniz. 4. Molekül, iyon, element nedir? Açýklayýnýz. 5. Valans elektron nedir? Açýklayýnýz. 6. N tipi yarý iletken maddede elektron hareketini þekil çizerek açýklayýnýz. 46

51 Bölüm 2: Yarý Ýletkenler A. Temel Kavramlar a. Madde b. Atom c. Elektrik Yükü d. Ýyon e. Molekül B. Ýletkenler, Yalýtkanlar ve Yarý Ýletkenler a. Ýletkenler b. Yalýtkanlar Ek Bilgi: Yalýtkanlarýn Delinmesi c. Yarý Ýletkenler C. Atomlarda Enerji Seviyeleri ve Bant Yapýlarý a. Yasak Bant b. Ýletkenlik Bandý c. Atomlarýn Yörüngelerindeki Elektron Sayýlarý d. Atomlarda Kovalent (Ýkili) Bað D. Saf (Katkýsýz) Germanyum ve Silisyumun Kristal Yapýlarý E. Saf Olmayan (Katkýlý) Germanyum ve Silisyumun Kristal Yapýsý a. N (Negatif) Tipi Yarý Ýletkenin Oluþumu b. P (Pozitif) Tipi Yarý Ýletkenin Oluþumu F. N ve P Tipi Yarý Ýletkenlerde Elektron ve Oyuk Hareketleri a. N Tipi Yarý Ýletkenlerde Eksi (-) Yüklü Elektronlarýn Hareketi b. P Tipi Yarý Ýletkenlerde Artý (+) Yüklü Oyuklarýn Hareketi Sorular

52 Bölüm 3: Diyodlar A. Diyodlarýn Temel Yapýsý ve Tanýmý P ve N tipi iki yarý iletkenin birleþtirilmesinden oluþan maddeye diyod (diod, diot, diyot) denir. Uygulamada kullanýlan diyodlar temelde iki gruba ayrýlýr. Bunlar, I. Doðrultmaç (redresör, rectefier) diyodlarý, II. Sinyal diyodlarýdýr. Doðrultmaç diyodlarý güç kaynaklarýnda, AC'yi DC'ye dönüþtürmede kullanýlýr. Bunlar yüksek akýmlarý taþýyabilirler ve yüksek ters tepe gerilimlerine dayanabilirler. Sinyal diyodlarý ise lojik (sayýsal) devre elemaný ya da radyo frekans (RF) devrelerinde demodülatör (sinyal ayýrýcý) olarak kullanýlýrlar. Baþka bir deyiþle sinyal diyodlarý, yüksek frekanslarda çalýþmaya duyarlý olmalarýnýn yaný sýra, düþük gerilim ve akýmlarda da çalýþabilir. Doðrultmaç ve sinyal diyodlarý silisyum ve germanyum gibi yarý iletken maddeler kullanýlarak yapýlýr. Germanyumdan yapýlan diyodlardan akým geçirildiðinde üzerlerinde yaklaþýk 0,2 voltluk bir gerilim düþümü olurken, silisyumdan yapýlmýþ diyodlarda bu deðer 0,6 ile 0,7 volt dolayýndadýr. Ýþte bu fark nedeniyle germanyum maddesi daha çok sinyal diyodu yapýmýnda kullanýlmaktadýr. P ve N Tipi Maddeler Birleþtirilerek Diyodun Üretilmesi Diyodlar, P ve N tipi yarý iletken maddelerin çeþitli þekilde birleþtirilmesiyle üretilmektedir. Þimdi P-N birleþiminin özelliklerini inceleyelim. a. Polarmasýz P-N Birleþimi P ve N tipi yarý iletken madde kimyasal yolla birleþtirildiðinde P-N birleþimli kristal diyod elde edilir. Þekil 3.2'de P-N tipi maddelerin birleþtirilmesiyle oluþan diyodun yapýsý verilmiþtir. P ve N tipi iki madde birleþtirildiði zaman birleþim yüzeyinin yakýnýnda bulunan elektron ve oyuklar birbirleriyle birleþmeye baþlarlar. Birleþmeler sonucunda yüzey civarýnda nötr (yüksüz) atomlar oluþur. P-N maddelerinin birbirine yakýn olan kýsýmlarýnda oluþan elektron oyuk birleþimleri þekil 3.3'te taralý olarak gösterilen gerilim setti bölgesini ortaya çýkarýr. Taralý bölge P-N maddelerinde bulunan tüm elektron ve oyuklarýn birbiriyle birleþmesini önler. A K Þekil 3.1: Diyodun sembolü ve yapýsý serbest serbest yüksüz oyuklar P elektronlar (nötr) 1234 bölge P N A birleþim (jonksiyon) yüzeyi Þekil 3.2: Polarmasýz P-N birleþiminde oyuk ve elektronlarýn davranýþý K A Þekil 3.3: Polarmasýz P-N birleþiminde gerilim settinin oluþumu N K 47

53 Elektron ve oyuklarýn yer deðiþtirmesini engelleyen bölgeye gerilim setti (depletion layer) denir. Settin kalýnlýðý 1 mikron kadar olup 0,2-0,7 volt arasýnda bir gerilim uygulandýðý zaman yýkýlýr (aþýlýr). P-N birleþiminde P maddesinin sað bölümü elektron kazandýðý için eksi (-) yüklü olur. N maddesinin sol bölümü ise oyuk kazandýðý için artý (+) yüklü duruma geçer. Ýki yüzey arasýndaki bu küçük potansiyel fark (gerilim), oyuk ve elektronlarýn daha fazla yer deðiþtirmesini önler. Oluþan gerilim setti dýþardan uygulanan gerilimle yok edilebilir. Ýþte P ve N tipi maddelerin birleþtirilmesiyle elde edilen devre elemanlarýna diyod denir. Günümüzde katkýlama oranlarý deðiþtirilerek P-N temeli üzerine kurulu bir çok çeþitte diyod yapýlmaktadýr. Not: P-N maddelerinin birleþiminden oluþan diyodlarda akým aslýnda eksiden artýya doðru olmaktadýr. Ancak eskiden akýmýn artýdan eksiye doðru gittiði kabul edildiðinden günümüzde de bu yaklaþým benimsenmektedir. Bazý kitaplarda yapýlan anlatýmlar elektron hareketini temel almaktadýr. Ancak kaynak eserlerin çoðunluðu klâsik (eski) yaklaþýmý uygun gördüðünden bu kitapta da klâsik yaklaþýma göre anlatým yolu seçilmiþtir. b. Polarmalý P-N Birleþimi Polarmasýz P-N birleþiminin birleþim yüzeyinde karþýlýklý yük dengesi olduðundan akým geçmez. P-N birleþimine doðru yönde (forward) ve ters yönde (reverse) gerilim uygulandýðýnda bazý elektriksel olaylar ortaya çýkar. Þimdi bu durumlarý inceleyelim. 1. P-N Birleþimine Doðru Yönde Akým Uygulama (Doðru Polarma) Þekil 3.4-b'de görüldüðü gibi U CC üretecinin artý (+) ucundan gelen yükler (oyuklar) P tipi maddenin artý (+) yüklerini birleþim yüzeyine doðru iter. Üretecin eksi (-) ucundan gelen elektronlar ise N tipi maddenin eksi (-) yüklerini birleþim yüzeyine iter. Artý (+) ve eksi (-) yükler birbirini çekeceðinden elektronlar oyuklara doðru hareket ederler. Yani elektronlar, P tipi maddeye geçerler. Pilin artý (+) ucu P tipi maddeye geçmiþ olan eksi (-) yüklü elektronlarý kendine çeker. Bu þekilde P-N birleþiminde elektron akýþý baþlar. N tipi maddede bulunan her elektron yerinden çýktýðý zaman buralarda oyuklar oluþur. Oyuklar artý (+) yüklü kabul edildiðinden, pilin eksi (-) ucu tarafýndan çekilirler. Görüldüðü üzere elektron akýþý eksi (-) uçtan artý (+) uca doðru olmaktadýr. Ancak, eskiden akýmýn artýdan eksiye doðru gittiði sanýlarak (konvansiyonel, klâsik yaklaþým) A K birleþim (jonksiyon) yüzeyi P N P U CC uygulanýnca nötr bölge yok olur. N R (W ) 1-10 k U CC S R (W ) 1-10 k U CC anahtar (S) (a) (b) Þekil 3.4: P ve N tipi yarý iletken maddelerin birleþiminden oluþan kristal diyodun doðru polarmada çalýþtýrýlmasý 48

54 tüm teorik anlatýmlar buna göre yapýlmýþtýr. Günümüzde de klâsik yaklaþým benimsenmektedir. Yapýlan kabulün uygulamada hiç bir sakýncasý yoktur. 2. P-N Birleþimine Ters Yönde Akým Uygulama (Ters Polarma) Þekil 3.5'te görüldüðü gibi U CC adý verilen üretecin eksi (-) ucu P tipi maddenin oyuklarýný çeker. Üretecin artý (+) ucu ise N tipi maddenin elektronlarýný kendine çeker. Birleþme yüzeyinde elektron ve oyuk kalmaz. Yani birleþim bölgesi artý (+) ile eksi (-) yük bakýmýndan fakirleþir. Bu yaklaþýma göre ters polarmada diyod akým geçirmez. Ancak kullanýlan maddelerin tam saflýkta olmamasý nedeniyle çok az bir sýzýntý akýmý geçer. Mikroamper düzeyinde olan bu akým yok sayýlýr (ihmal edilir). Ters polarize edilen diyodlara uygulanan gerilim yükseltilirse eleman delinebilir (bozulur). Örneðin, 1N4001 adlý diyodun ters yönde uygulanan gerilime dayanabileceði üst deðer 50 volttur. P N Nötr (yüksüz) bölge geniþler. U CC Þekil 3.5: P ve N tipi yarý iletken maddelerin birleþiminden oluþan kristal diyodun ters polarmada çalýþtýrýlmasý Yani bu diyod 50 volttan fazla ters gerilimde delinerek özelliðini kaybeder. Diyodun delinmesi olayýna çýð etkisi adý verilir. Bu etkinin oluþumu kýsaca þöyle açýklanabilir: P tipi yarý iletkenin iletim bandýndaki bir azýnlýk elektronu üreteçten yeterli enerjiyi alýnca diyodun pozitif ucuna doðru gider. Bu elektron hareket edince bir atoma çarpar ve yeterli enerjiyi saðlayarak bir valans elektronun yörüngesinden çýkýp iletim bandýna geçmesini saðlar. Böylece iletim bandýndaki elektron sayýsý iki olur. Yörüngelerinden çýkan bu elektronlar valans elektronlara çarparak herbir elektronu iletim bandýna çýkarýrlar. Böylece iletim bandýnda dört elektron olur. Bunlar dört valans elektronunu daha iletim bandýna sokarlar. Ters polarma geriliminin yüksekliðine göre harekete geçen elektron sayýsý hýzla artarak ters yönde geçen akýmýn çoðalmasýna neden olur. Diyodlarýn bir çoðu ters polarmanýn aþýrý artýrýlmasý durumunda bozulacaðýndan bu noktada (dayanma gerilimine yakýn yerde) çalýþtýrýlmazlar. Yani 50 volta kadar olan ters gerilimlere dayanabilen 1N4001 adlý diyod, en çok 40 voltluk bir devrede kullanýlýr. 50 voltun üzerindeki bir gerilim altýnda çalýþan devre söz konusu ise 1N4002 ya da baþka bir model diyod seçilir. B. P-N Yüzey Birleþmeli Diyod Çeþitleri ve Yapýlarý Elektronik alanýnda hýzlý bir geliþme söz konusudur. Sürekli AR-GE (araþtýrma-geliþtirme) yapan büyük firmalar her geçen gün yeni özelliklere sahip diyod üretmektedirler. Bu bölümde, uygulamada en yaygýn olarak kullanýlan diyodlarýn yapýsý, çalýþmasý ve kullaným alanlarý açýklanacaktýr. a. Kristal Diyodlarýn Elektriksel Karakteristiklerinin P-N Yüzey Birleþmeli Diyodlarla Açýklanmasý Kristal diyodlar yapý olarak P ve N tipi iki yarý iletkenin birleþiminden oluþmuþ elemanlardýr. Uygulamada en çok AC'yi DC'ye çevirme (doðrultma) iþlerinde kullanýlýr. Doðru polarmada, germanyumdan yapýlan doðrultmaç diyodlarý yaklaþýk 0,2-0,3 voltta, 49

55 silisyumdan yapýlanlarý ise yaklaþýk 0,6-0,7 voltta iletime geçer. Yani atom yapýsýnýn farklýlýðýndan ötürü germanyum ile silisyum diyodun gerilim setti deðerleri (iletime geçme voltajlarý) farklý olmaktadýr. b. Doðrultmaç Diyodlarýnýn Doðru ve Ters Polarmadaki Karakteristik Eðrileri Þekil 3.6'da görüldüðü üzere doðru polarmada belli bir eþik geriliminden sonra diyoddan geçen akým artmaktadýr. Ters polarmada ise diyod ters dayanma gerilimine kadar akým geçirmez. Uygulanan ters yönlü Þekil 3.6: Germanyum ve silisyum diyodlarýn düz ve polarma gerilimi artýrýlacak olursa ters polarizasyon durumundaki gerçek elektriksel eleman delinir (özelliðini kaybeder). karakteristik eðrileri Uygulamada kullanýlan her diyodun ters dayanma (delinme) gerilim deðeri farklýdýr. c. P-N Birleþimli Doðrultmaç Diyodlarýn Doðru ve Ters Polarma Karakteristik Eðrilerinin Çýkarýlmasý Þekil 3.7'de verilen devre ile doðru yön karakteristik eðrisini çýkarmak için potun deðeri yavaþ yavaþ deðiþtirilir. Bu iþlem sýrasýnda ampermetre ve voltmetrede görülen deðerler bir kaç kez kaydedilir. Daha sonra voltmetreden alýnan deðerler yatay eksene, ampermetreden alýnan deðerler ise dikey eksene iþaretlenerek doðru polarma karakteristik eðrisi çizilir. Þekil 3.7'de verilen devre ile ters yön karakteristik eðrisini çýkarabilmek için öncelikle, deneyde kullanýlan diyod yerinden sökülerek ters çevrilir. Daha sonra potun mili çevrilerek diyoda Þekil 3.7: Diyodlarýn doðru ve ters polarma durumundaki elektriksel karakteristiklerinin çýkarýlmasýnda kullanýlan devre uygulanan gerilim sýfýrdan itibaren artýrýlýrken ölçü aletlerinden okunan deðerler bir kaç kez kaydedilir. Ardýndan voltmetreden alýnan deðerler yatay eksene ampermetreden alýnan deðerler dikey eksene iþaretlenerek ters polarma karakteristik eðrisi çizilir. Diyodu ters yönde polarize ettiðimizde uygulanan gerilim belli bir seviyeye ulaþýncaya kadar çok küçük bir akým geçiþinin olduðu görülür. Ters yönde uygulanan gerilimin deðeri diyodun dayanabileceði sýnýr deðerin üstüne çýkarýlýrsa eleman bozulur (delinir). Ters baðlantý durumunda belli bir gerilimden sonra diyodun yalýtkanlýk özelliðini kaybederek iletken hâle geçmesinin (delinmesinin) nedeni þöyle açýklanabilir: Diyoda uygulanan gerilimin büyümesiyle (ya da diyodun çalýþma sýcaklýðýnýn artmasýyla), serbest elektronlara verilen enerji artmakta ve bu elektronlarýn çarpma etkisiyle de pek çok elektron valans bandýndan iletkenlik bandýna atlayarak elemandan geçen akýmýn aþýrý derecede artmasýna sebep olmaktadýr. 50

56 d. Ýdeal Diyod Yukarýda, uygulamada kullanýlan doðrultmaç diyodlarýnýn doðru ve ters yönlü polarma gerilimlerine karþý davranýþlarýný açýkladýk. Bu açýklamalarýn sonunda þu yargýya ulaþabiliriz: Diyodun doðru polarmasýnda 0,2 ile 0,7 voltluk gerilim deðerinden sonra akým geçiþi olmaktadýr. Bunun sebebi ise, diyodun yapýmýnda kullanýlan maddelerin birleþim yüzeyinde oluþan gerilim settidir. Eðer diyod yapýmýnda kullanýlan maddelerin elektronlarý kolayca hareket edebilseydi diyod doðru polarize iken hemen iletim söz konusu olurdu. Fakat bu gerçekte mümkün deðildir. Yani uygulamada kullanýlan diyodlarýn doðru ve ters polarma karakteristik eðrileri þekil 3.8'de verilen ideal diyod karakteristiðinden farklýdýr. Ýdeal diyod, bir elektrik devresindeki anahtar gibi düþünülebilir. Diyodun doðru polarize edilmesi -U CC (V) kapalý anahtarý, ters polarize edilmesi ise açýk anahtarý ifade eder. Diyodlarla ilgili hesaplamalarda bu elemanlarýn belli bir gerilimden sonra iletime geçme durumu göz önüne alýnarak diyod, þekil 3.9'da görüldüðü gibi içinde ters baðlý bir DC üreteci varmýþ gibi düþünülür. Bu durumu kýsaca açýklayalým: Þekil 3.10'da görüldüðü gibi 12 voltluk bir üretece silisyum diyod (1N4001) ile bir flâmanlý lâmbayý seri olarak baðlayalým ve lâmba üzerinde düþen gerilimi ölçelim. Bu durumda lâmba üzerinde yaklaþýk 11,4 V görülecektir. Buradan da anlaþýlacaðý gibi 0,6 voltluk gerilim diyodun üzerinde düþmektedir. Seri baðlý devrenin matematiksel denklemini: U cc = U diyod + U lâmba = 0,6 + 11,4 = 12 volt þeklinde yazabiliriz. diyod +I diyod (A) diyodun iletime geçme deðeri 0 Volt -I diyod (ma) +U CC (V) Þekil 3.8: Ýdeal diyodun doðru ve ters polarma grafiði diyod içindeki gerilim setti P N 1N4001 lâmba U CC =12 V Þekil 3.9: Diyodlarýn iletime geçme geriliminin ana üretece (U CC ) ters baðlý pil gibi gösteriliþi Þekil 3.10: Diyod ile lâmbanýn seri baðlanmasý Özetlersek: I. Diyodlar doðru polarize edildiðinde iletime geçme ancak belli bir gerilim deðerinden sonra gerçekleþmektedir. II. Eþik gerilimi deðeri diyodun üretildiði maddeye göre deðiþmektedir. Örneðin silisyumdan yapýlmýþ diyodlarýn iletime geçmesi için gereken eþik gerilimi 0,6-0,7 volttur. III. Eþik gerilimi diyodun çalýþma sýcaklýðýna baðlý olarak bir miktar deðiþmektedir. Örneðin germanyumdan yapýlmýþ dedektör diyodu, 25 C ta 0,2 voltta, 60 C ta ise 0,1 voltta iletime geçmektedir. Silisyum doðrultmaç diyodlarý ise, -50 C ta 0,8 voltta, 25 C ta 0,65 voltta, 100 C ta ise 0,5 voltta iletime geçmektedir. 51

57 IV. Diyodlar ters polarize edildiðinde sýzýntý akýmýnýn miktarý, sýcaklýða, uygulanan gerilime, yarý iletkenin cinsine göre deðiþmekttedir. Örneðin, germanyum dedektör diyodundan 5 volt altýnda 25 C sýcaklýkta 0,8 ma, 60 C ta 1,8 ma sýzýntý akýmý geçtiði görülür.1n4001 diyodundan ise 50 voltluk ters polarmada, 50 C ta 5 ma, 100 C ta 50 ma sýzýntý akýmýnýn geçtiði görülür. e. Diyodlarda Çalýþma Sýcaklýðý Her elektronik devre elemanýnda olduðu gibi diyodlarda da ortam sýcaklýðý çok önemlidir. Yani, diyodun sýcaklýðý arttýkça karakteristik özelliklerde de deðiþimler olmaktadýr. Bu nedenle, germanyumdan yapýlmýþ diyodlarýn sýcaklýðý 90 C u, silisyum diyodlarýn sýcaklýðý ise 175 C u geçmemelidir. f. Diyodlarýn Soðutulmasý Diyodlarýn gövde sýcaklýðýnýn yükselmesine, elemanýn içinde doðan ýsý neden olur. Diyodda oluþan ýsý elemandan geçen akýmla doðru orantýlý olarak artar. Þekil 3.11: Diyodlarýn soðutulmasýnda kullanýlan alüminyum soðutucu Bir diyod önerilen akým deðerinde güvenli olarak çalýþýr. Yani gövde sýcaklýðýnýn deðeri tehlikeli düzeye çýkmaz. Diyoddan yüksek akým geçirilirse sýcaklýk yükselir. Diyodlar, þekil 3.11'de görüldüðü gibi alüminyum plâka, vantilatör (fan) vb. ile soðutulursa, yüksek akýmlardaki dayanýklýlýklarý artar. Resim 3.1: Çeþitli yüksek güçlü diyodlar g. Yüksek Güçlü Diyodlar Yüksek akýmlý DC elde etmek amacýyla kullanýlan bu tip diyodlarýn soðutucuyla birlikte kullanýlmasý gerekir. Uygulamada 4000 ampere kadar akým taþýyabilen ve 4000 volta kadar çalýþma gerilimli olan diyodlar mevcuttur. Resim 3.1'de görülen yüksek güçlü diyodlar, kaynak makineleri, akü þarj cihazlarý, elektroliz sistemleri vb. yerlerde kullanýlýr. h. Diyodlarýn Gövde Þekilleri Diyodlarda kýlýf maddesi olarak cam, plâstik ya da metal kullanýlýr. Eðer diyodun gövdesinde gri çizgi þeklinde bir bant (þekil 3.12-a), nokta biçiminde bir çýkýntý (þekil 3.12-b) bulunuyorsa bunlar katodu belirtir. Metal gövdeli diyodlarda (þekil 3.12-c) ise metal kýlýf katot ile baðlý (irtibatlý) durumdadýr. Basit doðrultmaç devrelerinde en çok 1N kodlu diyodlar karþýmýza çýkar. Bunlar 1 amperliktir. Maksimum çalýþma voltajlarý (ters polarma delinme gerilimi) ise þu þekildedir: 1N4001: 50 V, 1N4002: 100 V, 1N4003: 200 V, 1N4004: 400V, 1N4005: 600 V, 1N4006: 800 V, 1N4007: 1000 V 1N serisi diyodlarýn akýmý yukarýda da belirtildiði gibi 1 A dir. Ancak bu akým en 52

58 (a) (b) Þekil 3.12: Çeþitli gövde biçimlerinde üretilmiþ diyodlar (c) yüksek (maksimum) deðeri gösterir. Uygulamada diyodun uzun süre görev yapabilmesi için en fazla 0,5-0,7 amperlik akým geçecek þekilde devre tasarlanýr. Daha yüksek akýmlý devre kurulmak istenirse kataloglara bakýlarak uygun diyod seçilir. (Örneðin 1 amperden fazla akýmlý doðrultmaç devresi yapýlýrken 3 A taþýyabilen 1N5400 seçilebilir.) Bazý elektronik devre þemalarýnda diyod ismi olarak DUS, DUG rumuzlarý (kýsaltmalarý) karþýmýza çýkar. Bu durumda þu diyodlar kullanýlabilir: DUS: BA127, BA217, BA218, BA222, BA317, BA318, BAX13, BAY61, 1N904, 1N4148 DUG: OA85, OA91, OA95, AA116 Resim 3.2: Uygulamada kullanýlan çeþitli doðrultmaç diyodlarý ý. Doðrultmaç Diyodlarýnýn Ayaklarýnýn Bulunmasý Diyodun bir kenarýnda gri bant varsa burasý çýkýþ (katot) ucudur. Eðer gri bant silinmiþse ohmmetreyle uçlar belirlenebilir. Saðlamlýk testi yapýlýrken küçük ohm (300 W W ) okunan durumda analog tip (ibreli) ohmmetrenin siyah probunun deðdiði uç diyodun anot (artý) ucudur. Diðer uç ise katottur. Not: Analog (ibreli) AVOmetreler ohm kademesindeyken siyah (-, com) prob artý (+) durumuna geçer. i. Doðrultmaç Diyodlarýn Saðlamlýk Testi I. Ohmmetre ile Saðlamlýk Testi Ohmmetre komütatörü x1k ya da x10k kademesine alýnýr. Diyod bir yönde küçük direnç (300 W W ), diðer yönde büyük direnç (50 kw -200 kw ) gösteriyorsa saðlamdýr. Þekil 3.13'e bakýnýz. Þekil 3.13: Diyodlarýn saðlamlýk testinin analog ohmmetreyle yapýlýþý 53

59 II. Polarma Gerilimine Bakýlarak Saðlamlýk Testi Bazý dijital multimetrelerin (AVOmetre) ölçme komütatörü diyod sembolünün bulunduðu yere getirilir. Yapýlan ölçümlerde diyod üzerinde düþen gerilim bir yönde yaklaþýk olarak mv (0,2-0,95 volt) olarak okunur, diðer yönde hiç bir deðer okunamazsa eleman saðlam demektir. Yapýlan iki yönlü ölçümün birisinde bu deðerler okunamazsa diyod bozulmuþtur. Þekil 3.14'e bakýnýz. Bir diyod (doðrultmaç diyodu, zener diyod vb.) devreye baðlýyken ohmmetre kullanýlarak saðlamlýk testi O.L 1N4001 O.6 V 1N4001 Þekil 3.14: Diyodlarýn saðlamlýk testinin polarma gerilimine bakýlarak yapýlýþý yapýlacak olursa yanlýþ sonuçlar okunabilir. Ancak ölçme komütatöründe diyod sembolü bulunan bir ölçü aletiyle eleman devreden sökülmeden saðlamlýk testi yapýlabilir. j. Diyodlarýn Bozulmasýnýn Nedenleri I. Aþýrý akým geçmesi, II. Ortam sýcaklýðýnýn yükselmesi, III. Lehimleme iþleminin hatalý yapýlmasý, IV. Uygulanan gerilimin aþýrý artmasý, V. Mekanik (fiziksel) zorlamalar, VI. Diyodun kalitesiz olmasý k. Diyodlarýn Seri ve Paralel Baðlanmasý I. Diyodlarýn Seri Baðlanmasý Ters dayanma gerilimi daha yüksek diyod elde etmek için seri baðlama yapýlýr. Þekil 3.15'te diyodlarýn seri baðlanmasý gösterilmiþtir. Örneðin 100 voltluk bir devre için ters dayanma gerilimi 50 volt olan 2 adet 1N4001 diyod seri baðlanarak 100 volta dayanabilen diyod yapýlabilir. Çok sayýda diyodun seri baðlanmasýyla elde edilmiþ olan elemanlara ise yüksek gerilim diyodu adý verilmektedir. Þekil 3.16'da yüksek gerilim diyodu örnekleri görülmektedir. D 1 D 2 Þekil 3.15: Diyodlarýn seri baðlanmasý TV15 BY167 Þekil 3.16: Yüksek gerilim diyodlarý II. Diyodlarýn Paralel Baðlanmasý Yüksek akýmlý diyod elde etmek için paralel baðlama yapýlýr. Ancak bu yöntem saðlýklý deðildir. Üretim kusurlarýndan dolayý diyodlar ayný özellikte yapýlamaz. Bu nedenle paralel baðlantýda diyodun birisi daha önce + - bozulur. Bu diðer diyodlardan geçen akýmý çoðaltýr ve Þekil 3.17: Diyodlarýn onlarýn da yanmasýna neden olur. paralel baðlanmasý O nedenle pratik uygulamalarda katalogdan bakýlarak uygun akýmlý diyod seçimi yapýlýr. Þekil 3.17'de diyodlarýn paralel baðlanmasý gösterilmiþtir. l. Doðrultmaç Diyodlarýný Koruma Yöntemleri Doðrultmaç diyodlarý aþýrý akým ve gerilimlerden koruyacak önlemler alýnarak kullaným ömürleri uzatýlabilir. Küçük ve orta güçteki doðrultmaçlarý aþýrý akýmdan korumak için sigorta kullanýlýr. Sigortanýn akým deðeri doðrultmacýn anma (nominal) akýmýna eþit olacak þekilde seçilir. Büyük güçlü doðrultmaçlar termik, manyetik ya da termistörlü aþýrý akým röleleriyle korunurlar. Yüksek akýmlý diyodlarýn iyi korunmasý için termistörlü sýcaklýk kontrol devreleri 54

60 kullanýlmaktadýr. Isý kontrol devresi sayesinde doðrultmacýn gövde sýcaklýðý istenmeyen deðere yükseldiðinde koruma sistemi çalýþmaya baþlamaktadýr. a) kondansatör ile koruma b) kondansatör ve direnç ile koruma Doðrultmaç devresini besleyen þebeke gerilimindeki Þekil 3.18: Doðrultmaç diyodlarýnýn korunma yöntemleri deðiþme fazla olmaz. Yani þebeke gerilimi (220 V), doðrultmacý bozacak yüksek deðerlere çýkamaz. Ancak buna raðmen yine de aþýrý gerilime karþý koruyucu önlemler alýnýr. Doðrultmaç devresinin giriþinde bulunan anahtarýn açýlýp kapanmasý anýnda ya da devrenin enerjisinin kesildiði anlarda trafonun sargýlarýnda diyodlarý bozacak büyüklükte yüksek gerilimler oluþur. Yani doðrultmaçta kullanýlan trafonun primer sargýsýnda bulunan anahtar açýldýðýnda demir nüvedeki manyetik alan kýsa zamanda sýfýr (0) olur. Maksimum deðerden sýfýr deðerine doðru hýzlýca düþen akýmýn yarattýðý manyetik alan sekonder sargýda yüksek bir gerilim oluþturur. Ýþte sekonder sargýlarýnda oluþan indüksiyon gerilimi özellikle, trafo yüksüz çalýþýrken çok daha büyük olur. Ýndüklenen yüksek gerilim kýsa süreli olmasýna karþýn doðrultmaçta kullanýlan diyodlarýn delinmesine neden olabilir. Trafoda doðan yüksek indüksiyon gerilimlerini söndürmek için primer sargýya ya da diyodlara paralel olarak: I. Kondansatör, II. Kondansatör ve direnç, III. VDR (gerilime duyarlý direnç) gibi elemanlar baðlanýr. Þekil 3.18'e bakýnýz. m. Köprü Tipi (Bridge, Blok) Diyodlar I. Ýki Diyodlu Blok Diyodlar Orta uçlu trafolu tam dalga doðrultmaç devrelerinin yapýmýnda kullanýlýr. Üç ayaklýdýr. Kenardaki iki ayaða AC uygulanýrken, orta ayaktan DC (DA) çýkýþ alýnýr. Ýki diyodlu blok diyodlar günümüzde çok az kullanýlmaktadýr. Þekil 3.19'da iki diyodlu blok (köprü) diyod örnekleri verilmiþtir. D varistör (VDR) c) varistör ile koruma Ýki Diyodlu Blok Diyodlarýn Saðlamlýk Testi Kenardaki uçlarla orta uç arasýnda yapýlan ölçümlerde bir yönde 300 W W, diðer yönde 50 kw -200 kw luk deðerler okunmalýdýr. A K A K A K Þekil 3.19: Ýki diyodlu blok diyodlar II. Dört Diyodlu Blok (Köprü) diyodlar Dört adet doðrultmaç diyodunun bir gövde içinde birleþtirilmesiyle elde edilmiþ olup dört ayaða sahiptirler. Bunlar devreye montajda kolaylýk saðlar. Gövde üzerinde sinüsoidal (~) iþareti bulunan ayaklar AC giriþ uçlarýdýr. (+) ve (-) iþareti bulunan ayaklar ise DC çýkýþ uçlarýdýr. Resim 3.3'te köprü diyod çeþitleri görülmektedir. Köprü Diyodlarýn Saðlamlýk Testi Ohmmetreyle yapýlan ölçümlerde, AC giriþ uçlarý iki ölçümde de yüksek direnç (50 kw kw ), DC çýkýþ uçlarý bir yöndeki ölçümde küçük direnç (300 W W ), diðer yöndeki ölçümde ise yüksek direnç (50 kw -200 kw ) okunmalýdýr. 55

61 B80C1500/1000 köprü diyod sembolü + ~ ~ - köprü diyod sembolü (kapalý gösterim) köprü diyod örnekleri üst görünüm üst görünüm Resim 3.3: Köprü diyodlarýn sembolü ve uygulamada kullanýlan çeþitli köprü diyodlar Köprü Diyod Örnekleri * B40C1500: 40 V/1,5 A * B40C2200: 40 V/2,2 A * B40C3200: 40 V/3,2 A * B40C10000: 40 V/10 A * B80C5000: 80 V/5 A * B380C1500: 380 V/1,5 A * B600C500: 600 V/0,5 A * B80C1500/1000: 40 V/1,5 A * B250C1500/1000: 250 V/1,5 A Not: Dikkat edilirse bazý köprü diyodlarýn akým deðerinin iki þekilde yazýldýðý görülür. Örneðin B80C1500/1000 gibi. Bunun anlamý þudur: Diyod devreye baðlandýktan sonra metal bir soðutucuya baðlanacaksa üzerinden maksimum 1,5 A geçirilebilir. Eðer soðutucu kullanýlmayacaksa elemanýn taþýyabileceði maksimum akým 1 A olacaktýr. K K K K katot anot A A A A Z 9V1 katot anot Þekil 3.20: Zener diyod sembolleri Resim 3.4: Çeþitli zener diyodlar n. Zener (Zenner, Gerilim Sabitleyici, Regüle) Diyodlar P ve N tipi iki yarý iletkenin birleþiminden oluþmuþ, uçlarýna uygulanan gerilimi sabit tutmaya yarayan diyodlardýr. Zener diyodlarda kullanýlan P ve N tipi yarý iletkenlerin katký madde oranlarý doðrultmaç diyodlarýndan biraz daha fazladýr. Zener diyodlar devreye ters baðlanýrlar. (Ters polarma altýnda çalýþýrlar.) Bu nedenle ters polarmada gerilim kýrýlmasý deðiþimi doðrultmaç diyodlarýndan farklýdýr. Yani belli bir gerilime kadar zener diyod akým geçirmez. Kýrýlma (zener) noktasý adý verilen voltaj düzeyine gelindiðinde ise geçen akým miktarý aniden yükselir. Bu diyodlarýn kýrýlma gerilimi, üretim aþamasýnda katký maddesi miktarý ayarlanarak belirlenir. 56

62 Zener diyodu þekil 3.21-a'da görüldüðü gibi devreye doðru polarizeli olarak baðlayýp gerilimi yavaþ yavaþ artýrýrsak elemandan geçen akýmýn da arttýðý görülür. Zener diyodu þekil 3.21-b'de görüldüðü gibi devreye ters polarizeli olarak baðlayýp gerilimi yavaþ yavaþ artýrýrsak elemandan geçen akýmýn belli bir gerilim deðerine kadar çok az olduðu, gerilim zener diyodun üst sýnýr deðerini aþtýðýnda ise geçen akýmýn aniden çok yüksek bir deðere çýktýðý görülür. Ters polarmada karþýlaþýlan bu durum uygulamada kullanýlan bir çok devrede bize fayda saðlar. (Gerilimin sabitlenmesi, sinyal kýrpma, eleman koruma vb. gibi.) Þekil 3.22'de zener diyodlarýn doðru ve ters polarizeli olarak çalýþtýrýlmasý durumunda elde edilen karakteristik eðrisi verilmiþtir. a) Zener Diyodlarýn Çalýþma Voltajlarý 1-1,8-2,4-2,7-3,3-3,6-3,9-4,3-4,7-5,1-5,6-6,2-6,8-7,5-8,2-9, volt... Burada verilen voltaj deðerlerinin ne anlama geldiðini bir örnekle açýklayalým: 12 voltluk zener diyod, üzerine uygulanan ters yönlü gerilim 12 volt olana kadar akým geçirmez. Gerilim 12 voltu aþtýðýnda ise zener diyod aniden iletkenleþerek akým geçirmeye baþlar. Bu esnada zener diyoda paralel olarak bir voltmetre baðlanýp ölçüm yapýlacak olursa eleman üzerinde 12 voltluk bir gerilim düþümünün olduðu görülür. Zener diyodlar düþük akýmlý olduklarýndan mutlaka ön dirençle korunmalarý gerekir. Zener diyodun gücü biliniyor ve elemana baðlanacak ön direncin deðeri belirlenmek isteniyorsa, U zener.i zener maks < P zener kuralý gözönüne alýnýr. (Yani zener diyoda uygulanan gerilimle, elemandan geçen akýmýn deðerlerinin çarpýmý zener diyodun gücünden büyük olmamalýdýr.) Zener diyoda baðlanmasý gereken ön direncin deðeri ise: R ön = U giriþ -U zener /I zener maks [A] denklemi ile bulunur. Örnek: a. Gücü 200 mw (0,2 W) çalýþma gerilimi 12 V olan zener diyodun dayanabileceði maksimum akým nedir? b. Kullanýlan zener diyodun bozulmamasý için 15 V giriþ gerilimi olan bir devrede zener diyoda baðlanmasý gereken ön direncin deðerini hesaplayýnýz. R ön U zener (V) A K b) R ön U zener (V) Þekil 3.21: Zener diyodlarýn, a) Doðru b) Ters polarize edilmesi +I zener (A) -U zener (V) +U zener (V) zener noktasý (iletime geçme, kýrýlma noktasý) -I zener (ma) iletime geçme gerilimi Þekil 3.22: Zener diyodlarýn doðru ve ters polarma altýnda çalýþtýrýlmasý durumunda elde edilen eðriler K A Çözüm: a. I zener maks = P zener /U zener = 0,2/12 = 0,0166 A = 16,6 ma b. R ön = (U giriþ -U zener )/I zener maks = (15-12)/0,0166 = 180 W Basit DC güç kaynaðý devrelerinde zener diyodun ters yönde geçirebileceði akým yaklaþýk 0,005-0,01 A (5-10 ma) olarak kabul edilir. Hassas uygulamalarda en doðru akým deðeri için 57

63 diyod kataloglarýna bakýlmalýdýr. Zener Diyodlarýn Ters Baðlantý Durumunda Belli Bir Gerilimden Sonra Ýletken Olmasýnýn Nedeni Eðer, P-N maddeleri ters yönde polarize edilirse (reverse bias) ters yönde küçük bir sýzýntý akýmý oluþur. Normal olarak bu akým küçük oluþundan dolayý yok sayýlabilir. Ancak ters yönlü olarak uygulanan gerilim belli bir deðeri aþarsa diyod ters yönde iletime geçer. Diyodun ters yönde akým geçirmeye baþlamasý yarý iletken fiziðinden (yapýsýndan) kaynaklanan bir durumdur. Yani zener diyoda uygulanan ters polariteli gerilimin büyümesiyle, serbest elektronlara verilen enerji artmakta ve bu elektronlarýn çarpma etkisiyle de pek çok elektron valans bandýndan iletkenlik bandýna atlayarak geçen akýmýn artmasýna neden olmaktadýr. Uygulamada Kullanýlan Diyodlarda Ýki Çeþit Ters Kýrýlma (Zener) Durumu Vardýr I. Çýð Olayý Normal diyodlarda yüksek gerilimin etkisiyle çýð olayý (avalanche effect) ortaya çýkar ve diyod bozulur. Yani normal diyodlara uygulanan ters gerilim izin verilen deðerin üzerine çýkarýlýrsa eleman tamamen bozularak kullanýlamaz hâle gelir. II. Zener Etkisi Zener diyodlarda ise çýð etkisi küçük deðerli ters gerilimlerde oluþur. Bu olayda zener diyod hemen bozulmaz. Çünkü, zener diyodlarýn kýrýlma gerilimini düþürmek için yüksek oranda katký maddesi eklenmektedir. Ters polarma altýnda kýrýlma gerilimine yakýn deðerlerde valans bandýndaki elektronlar hareket ederek ters yön akýmýnýn geçmesini kolaylaþtýrýr. Ters yönlü akýmýn zener diyodun taþýyabileceðinden fazla olmamasý için koruyucu olarak ön dirençler kullanýlýr. Zener Diyodlarýn Çalýþma Geriliminin Belirlenmesi Zener diyodun üzerinde yazýlý olan çalýþma voltajý okunamýyorsa, Þekil 3.23'te verilen basit devreyle elemanýn kaç voltluk olduðu saptanabilir. Þekil 3.23'teki devrede giriþe 0 volttan baþlayarak artýrýlan DC uygulanýr. Çýkýþtaki voltmetrenin gösterdiði gerilim deðeri sabitleþtiði anda zener diyodun çalýþma voltajý belirlenmiþ olur. Zener diyod gerilimi belirlenirken diyoda seri baðlanacak direnç 220 W - 10 kw dolayýnda, kullanýlacak güç kaynaðý ise DC 0-30 V arasý çýkýþ veren tipte olabilir. Eðer 30 volttan büyük gerilime sahip bir diyodun kaç voltluk olduðu bulunmak isteniyorsa (örneðin TV'lerde kullanýlan yüksek gerilimli zener diyodlar), bu durumda þebeke gerilimi 1N4004 ya da 1N4007 diyodla DC'ye çevrildikten sonra seri dirençle (50 kw kw luk) korunan zener diyoda uygulanarak elemanýn çalýþma gerilimi belirlenebilir. Zener Diyodlarýn Saðlamlýk Testi Bir yönde küçük (300 W W ), diðer yönde büyük ohm (50 kw kw ) okunmalýdýr. Zener Diyodlarýn Kodlanmasý Zener diyodlarýn üzerinde teknik özellikleri bildiren çeþitli harf ve rakam kodlamalarý bulunur. U V R ön zener diyod U zener Þekil 3.23: Zener diyodlarýn çalýþma geriliminin belirlenmesinde kullanýlan baðlantý þemasý V 58

64 BZY85C9V1 Kodlu Diyodun Özellikleri B: Silisyumdan yapýlmýþtýr. Z: Zener diyoddur. Y: Doðrultmaç devrelerinde kullanýlýr. C: Elemanýn hata oraný (toleransý) ± % 5'tir. Tolerans deðerini gösteren diðer harfler: A: ± % 1. B: ± % 2. D: ± % 10 85: Firmanýn üretim numarasýný belirtir. 9V1: 9,1 V zener diyodun gerilim deðeridir. Zener Diyod Örnekleri ABD normuna göre kodlanmýþ bazý zener diyodlarýn gerilim deðerleri: 1N4728A: 3,3 V 1N4739A: 9,1 V 1N4742A: 12 V 1N4764A: 100 V Avrupa normuna göre kodlanmýþ bazý zener diyodlarýn özellikleri: BZY63: 9,1 V, Toleransý: ±% 5, Gücü: 0,28 W BZY69: 12 V, Toleransý: ±% 5, Gücü: 0,28 W BZX14: 9,1 V, Toleransý: ±% 5, Gücü: 0,4 W BZX17: 12 V, Toleransý: ±% 5, Gücü: 0,4 W Zener Diyodlarýn Kullaným Alanlarý I. Zener Diyodlu Regüle Devresi Zener diyodlarla basit paralel, seri, þönt ve hata yükselteçli regüle devreleri yapýlabilmektedir. Bu devrelerin görevi, giriþ gerilimi deðiþmesine raðmen çýkýþ gerilimini sabit tutmaktýr. (Bu konu güç kaynaklarýyla ilgili bölümde açýklanmýþtýr.) II. Röleyi Belirli Bir Gerilimden Sonra Çalýþtýran Zener Diyodlu Devre Þekil 3.24'te verilen baðlantý kullanýlarak rölenin çalýþmaya baþlayacaðý gerilim deðeri ayarlanabilir. Devrede mini rölenin çalýþma gerilimi 9 volt ve seri baðlý zener diyod ise 6,2 voltluk olsun. Buna göre besleme uçlarýna uygulanan gerilim yaklaþýk 15,2 volt olmadan röle çalýþmaz. Z röle Þekil 3.24: Seri baðlý zener diyod ile rölenin çalýþma geriliminin yükseltilmesi Z Þekil 3.25: Ölçü aletlerinin zener diyod ile yüksek gerilimden korunmasý III. Ölçü Aletlerini Aþýrý (Yüksek) Gerilimden Koruyan Zener Diyodlu Devre Bu tip uygulamalarda korunacak elemana paralel olarak baðlanan zener diyod, devreye aþýrý gerilim uygulanmasý durumunda iletime geçerek koruma yapar. Örneðin iç yapýsý döner çerçeveli olan bir voltmetrede, aletin ibresinin hareketini saðlayan bobin ve yaylý ibre düzeneðinin besleme uçlarýna þekil 3.25'te görüldüðü gibi paralel olarak baðlanan zener diyod voltmetrenin bobin düzeneðine yüksek gerilim gelmesi durumunda iletime geçerek koruma yapar. o. Ledler (Light Emitting Diode, Iþýk Yayan Diyod, Solid State Lamp) Iþýk yayan flâmansýz lâmbalara led denir. Bu elemanlar çeþitli boyutlarda (1-1,9-2-2, mm vb.) üretilirler ma gibi çok az bir akýmla çalýþtýklarýndan ve sarsýntýlara dayanýklý olduklarýndan her türlü elektronik devrede karþýmýza çýkarlar. Iþýk, bir yarý iletkende, P tipi madde içine enjekte edilen bir elektronun oyukla birleþmesi ya da N tipi madde içine enjekte edilen bir oyuðun elektronla birleþmesi sonucunda oluþur. Bu olaydaki temel esas, elektronlarýn enerji kaybýnýn ýþýma olarak ortaya çýkmasýdýr. 59

65 Ledlerin yaydýðý ýþýnlarýn renkleri kýrmýzý, sarý, yeþil, turuncu, mavi, pembe vb. þeklindedir. Bunlardan kýrmýzý led en yüksek verimli olan tiptir. Ayrýca ledler normal koþullarda yaklaþýk saat boyunca ýþýk verebilirler. Led diyodlarýn yapýsýnda kullanýlan galyum arsenik (GaAs), galyum arsenik fosfat (GaAsP), galyum fosfat (GaP), çinko, nitrojen vb. gibi maddelere göre ortaya çýkan ýþýðýn rengi de farklý olmaktadýr. Yani yarý iletken içine konan elementler ledin yaydýðý ýþýðýn rengini belirlemektedir. Yeþil renk veren ledlerin içinde nitrojen bulunmaktadýr. Nitrojen miktarý artýrýldýkça ýþýk sarý olmaktadýr. Kýrmýzý renk elde etmek için ise çinko ve oksijen kullanýlmaktadýr. Kýrmýzý led en az 1,5-1,6 volt ile çalýþýrken, turuncu 1,7 volt, sarý 1,8 volt, yeþil 2,2-2,4 voltta ýþýk yaymaya baþlar. Yaklaþýk 2,5 ilâ 4 volttan yüksek gerilimler ledlerde bozucu etki yapar. Yüksek DC gerilimlere baðlanacak ledlere þekil 3.28'de görüldüðü gibi seri olarak ön direnç baðlanýr. Lede baðlanmasý gereken ön direncin deðeri, Þekil 3.26: Led diyod sembolleri Þekil 3.27: Led diyodlarýn yapýsý R ön = (Besleme gerilimi-led gerilimi)/led akýmý [W ] Baþka bir deyiþle, R ön = (U devre -U led )/I led [W ] denklemiyle bulunur. Resim 3.5: Led diyod örnekleri Not: Pratik hesaplamalarda I led = ma (0,01-0,02 A) olarak kabul edilir. Örnek: 12 voltluk devrede kýrmýzý lede seri baðlanacak koruma direncinin deðerini bulunuz. (U led = 1,5 volt) Þekil 3.28: Ledlerin seri ön direnç ile çalýþtýrýlmasý Çözüm: R ö = (12-1,5)/0,01 = 10,5/0,01 = 1050 W = 1000 W = 1 kw Ledin çektiði akým miliamper düzeyinde olduðundan lede seri olarak baðlanacak direncin gücünün 1/4 W olmasý yeterlidir. Led Diyodlarýn Saðlamlýk Testi Doðrultmaç diyoduyla aynýdýr. Ohmmetreyle yapýlan ölçümde bir yönde 300 W W, diðer yönde 50 kw kw okunmalýdýr. ö. Çok Renkli Ledler Uygulamada iki ya da üç ledin bir gövde içinde birleþtirilmesiyle oluþturulmuþ, iki hatta üç 60

66 renk yayan ledler de kullanýlmaktadýr. Þekil 3.29-a'daki ledden üç farklý renk elde edilebilir. Anot 1 ve anot 2'ye DC üretecin artý ucunu, ortak katoda ise DC üretecin eksi ucunu baðlarsak gövde içinde bulunan iki ledin çalýþmasý sonucu karma bir renk (üçüncü renk) oluþur. Anot 1 ile ortak katoda DC uygulandýðýnda L 1 ýþýk yayar. Anot 2 ile ortak katoda DC uygulandýðýnda ise L 2 ýþýk yayar. anot 1 anot 2 katot 1 katot 2 L 1 (a) ortak katot L 2 L 1 L 2 kýrmýzý anot (b) (c) ortak ortak katot anot yeþil anot Þekil 3.29: Çok renkli led diyodlarýn yapýsý ve çok renkli led örnekleri p. Kapasitif (Varikap, Varaktör) Diyodlar Uçlarýna uygulanan ters polariteli gerilime baðlý olarak kapasite deðeri deðiþen elemanlara kapasitif diyod denir. Yarý iletkenlerde P-N birleþmesinde geçiþ bölgesi ters polarma ile geniþletilebilmekte ve bu sayede de diyodun kapasite deðeri deðiþmektedir. Kapasitif diyodlar ters baðlý olarak devredeyken P-N birleþim yüzeyinde þekil 3.32'de görüldüðü gibi elektron ve oyuklarýn uzaklaþtýðý geçiþ bölgesi oluþur. Bu bölge diyoda uygulanan gerilimle doðru orantýlý olarak deðiþir. Gerilim artýrýlýrsa nötr (boþ) bölge geniþler. P-N kristalleri iletken levha durumuna geçerken, nötr bölge de dielektrik (yalýtkan) özelliði gösterir. Böylece küçük kapasiteli bir kondansatör elde edilmiþ olur. Oluþan kapasite devre gerilimiyle ters orantýlýdýr. Yani diyoda uygulanan gerilim arttýkça kapasite azalýr. Hareketli plâkalý ayarlý kondansatörler elektronik devre emprimelerinde (bakýrlý plâket) çok yer kapladýðýndan, küçük boyutlu ve dijital esaslý devrelerde varikap diyodlar kullanýlmaktadýr. Kapasitif diyodlar TV, radyo vb. cihazlarýn yayýn (frekans) seçici (tuner) devrelerinde kullanýlýrlar. Kapasitif (Varikap) Diyod Örnekleri -BB105A, B: UHF frekanslý devrelerde kapasite deðiþtirmek için kullanýlýr. -BB121A, B: VHF/UHF frekanslý A A 61 K K Þekil 3.30: Kapasitif diyod sembolleri P P N Þekil 3.31: Kapasitif diyodun yapýsý dielektrik madde 1. levha 2. levha N anot (+) katot (-) yalýtkan bölge U diyot Þekil 3.32: Kapasitif diyodun ters polarize edilmesi R

67 devrelerde kapasite deðiþtirmek için kullanýlýr. -BB143A, B: FM/VHF frekanslý devrelerde kapasite deðiþtirmek için kullanýlýr. -BB110: FM/VHF frekanslý devrelerde kapasite deðiþtirmek için kullanýlýr. r. Tünel (Tunnel, Esaki) Diyodlar Doðru polarma altýnda çalýþan, gerilime göre dirençleri deðiþen devre elemanlarýdýr. Tünel diyodlar fazla katkýlý germanyum ya da galyum arsenikten yapýlýrlar. Katkýlama maddesi olarak galyum, arsenik, berilyum, altýn vb. kullanýlýr. Bu elemanlar küçük polarma gerilimlerinde iletken duruma geçebilirler. Ayrýca diðer diyodlardan daha iyi iletkendirler. A K A K A K U R I p I (ma) negatif direnç bölgesi I v U (V) U p U v Þekil 3.33: Tünel diyod sembolleri Þekil 3.34: Tünel diyodlarýn karakteristiðinin çýkarýlmasýnda kullanýlan devre Þekil 3.35: Tünel diyodlarýn elektriksel (U-I) karakteristik eðrisi Þekil 3.34'te verilen baðlantý þemasý kurulduktan sonra U gerilimi sýfýrdan itibaren artýrýlacak olursa, diyoddan geçen akým da þekil 3.35'te görüldüðü gibi artmaya baþlar. U p deðerine gelindiðinde akým maksimum (I p ) deðerine ulaþýr. U gerilimi artýrýlmaya devam edildikçe U p deðerinden sonra diyoddan geçen akýmýn azalmaya baþladýðý görülür. Akýmýn azalmaya baþladýðý aralýða diyodun negatif direnç bölgesi denir. Gerilim U v deðerine ulaþtýðýnda akým en düþük düzeye (I v ) iner. U v geriliminden sonra eleman normal diyod gibi davranýr. Ancak, tunel diyodlar bu bölgede çalýþtýrýlmazlar. Tünel diyodlar çok küçük güçlü olup çoðunlukla çalýþma frekansý MHz e kadar olan osilatörlerde, yükselteçlerde ve hýzlý anahtarlama devrelerinde (multivibratörler, gecikmeli osilatörler) vb. kullanýlýrlar. 1N2939 kodlu tünel diyodun bazý karakteristik özellikleri þöyledir: Ýleri yön akýmý: 5 ma, Ters yön akýmý: 10 ma, Ters yön gerilimi: 30 mv, Ýleri yönde tepe nokta akýmý gerilimi: mv s. Enfraruj (Infrared) Led Diyodlar P ve N tipi iki yarý iletkenin birleþiminden oluþmuþtur. Yarý iletkenlere çeþitli maddeler eklenerek insan gözünün göremeyeceði frekanslarda (kýzýl ötesi) ýþýk yayan led elde edilmiþtir. Dýþ görünüm olarak led diyodlara benzeyen enfraruj diyodlar en çok uzaktan kumanda (TV, video, müzik seti, otomatik çalýþtýrýlan endüstriyel makineler vb.) sistemlerinde kullanýlýrlar. Enfraruj led diyod örnekleri: LD271, LD274, CQW13, CQY99, TSHA-6203, VX Enfraruj Led Diyodlarýn Saðlamlýk Testi Ohmmetreyle yapýlan ölçümde bir yönde küçük ohm (300 W W) diðer yönde büyük ohm (50 kw kw) okunmalýdýr. 62

68 t. Ledli Display'ler (Rakam, Harf Göstergeler) Led kullanýlarak yapýlan rakam, harf gösterici devre elemanlarýna display denir. Yaygýn olan yedi parçalý led göstergeler anodu þase (ortak) ve katodu þase olmak üzere iki tipte üretilir. A í í K Þekil 3.36: Enfraruj diyod sembolü Þekil 3.37: Çeþitli enfraruj diyodlar I. Anodu Þase (Common Anode, Anodu Ortak) Display'ler Bu tip display'lerin içinde bulunan tüm ledlerin anodlarý þekil 3.38'de görüldüðü gibi gövde içinde birbiriyle birleþtirilmiþtir. Eleman çalýþtýrýlýrken artý (+) besleme ortak anoda uygulanýr. Diðer uçlara uygulanan eksi beslemelere göre display'de çeþitli rakamlar oluþur. ortak anot ortak katot Resim 3.6: Display'lerin iç yapýsý ve çeþitli display'ler II. Katodu Þase (Common Cathode, Katodu Ortak) Display'ler Anodu þasenin tam tersi özelliktedir. Yani, gövde içindeki ledlerin tümünün katot uçlarý þekil 3.39'da görüldüðü gibi birbirine baðlýdýr. 5 volt ile çalýþan devrelerde kullanýlan display'lerin içindeki ledleri yüksek akým ve gerilime karþý korumak için 220 W W arasýnda deðere sahip ön dirençler kullanýlýr. Not: Anodu þase display'leri çalýþtýrabilmek için 74LS47, katodu þase display'leri çalýþtýrabilmek için ise 74LS48 kod çözücü entegresi kullanýlabilir. (Geniþ bilgi için dijital elektronik kitabýna bakýnýz.) í í í í í í í í í í í í í í K a b c d e f g í í í í Þekil 3.38: Anodu þase display'in yapýsý í í í í 63 í í í í A a b c d e f g í í Þekil 3.39: Katodu þase display'in yapýsý

69 u. Elektronik Devrelerde Kullanýlan Diðer Diyodlar Elektronik devrelerde daha bir çok çeþitte diyodlar kullanýlmaktadýr. Þimdi bunlarýn bazýlarýný inceleyelim. I. Gunn (Gan) Diyodlar 1963 yýlýnda J. B. Gunn adlý bilgin tarafýndan bulunan diyod çeþididir. Daha çok osilatör devrelerinde kullanýlýr. Gunn diyodlar polarma gerilimi uygulandýðýnda belli voltaj deðerinden sonra sürekli olarak iletim ve kesime giderek kare dalgaya benzeyen sinyallerin oluþmasýný saðlarlar. Þekil 3.40-a'da gunn diyod sembolü, þekil 3.40-b'de ise bu diyodlarýn elektriksel karakteristiði verilmiþtir. U (a) I 2 I (A) I 1 U 1 (b) U 2 U (V) I 1 I 2 I 3 I 4 I (A) Þekil 3.40: a) Gunn diyod sembolü b) Gun diyodun elektriksel karakteristik eðrisi Þekil 3.41: Impact diyodun yapýsý ve elektriksel karakteristik eðrisi II. Impact (Impatt, Çýð) Diyodlar Gunn diyodlara göre P ve N maddesindeki yabancý madde oranlarý fazladýr. Ayrýca çalýþma gerilimleri ve güçleri gunn diyodlardan daha büyüktür. Impact diyodlar silisyum ve galyum arsenik kullanýlarak üretilir. Bu elemanlar düþük gürültü ve hýzlý tepki zamaný gerektiren yüksek frekanslý devrelerde kullanýlýrlar. Þekil 3.41'de çýð diyodlarýn yapýsý ve elektriksel karakteristiði verilmiþtir. III. Schottky (Þotki) Diyodlar Çok hýzlý olarak iletim-kesim olabilen diyodlardýr. Ayrýca bu elemanlarýn iletime geçme gerilimleri çok düþüktür. Normal diyodlar alçak frekanslarda, uçlarýna uygulanan gerilimin yönü deðiþtiðinde bu deðiþime uygun olarak hemen iletken ya da yalýtkan durumuna geçebilirler. Ancak yüksek frekanslarda (10 MHz ve daha üstü), diyod uçlarýna gelen gerilimin yönü deðiþtiði halde diyod bir durumdan ötekine (iletim, yalýtým durumlarý) hemen geçemez. Ýþte bu nedenle yüksek frekanslý devreler için hýzlý davranabilen þotki diyodlar yapýlmýþtýr. Þotki diyodlarda birleþim yüzeyi plâtin ile kaplanmýþtýr. Bu durum birleþme yüzeyindeki yalýtkan tabakayý inceltmekte ve bu sayede diyodun iletim ya da yalýtýma geçme hýzý artmaktadýr. Bu elemanlarýn birleþim yüzeyleri çok küçük olduðundan doðru polarmada 0,25 voltluk gerilimlerde bile iletime geçebilmektedirler. 64

70 K N tipi madde A K A metal Þekil 3.42: Þotki diyod sembolü Þekil 3.43: Þotki diyodun yapýsý Resim 3.7: Þotki diyod örnekleri Þekil 3.42'de þotki diyod sembolü, þekil 3.43'te þotki diyodun yapýsý ve resim 3.7'de þotki diyod örnekleri verilmiþtir. Þotki diyodlarýn bazý kullaným alanlarý: Mikro dalga alýcýlarý, modülatörler, demodülatörler, dedektör devreleri vb. IV. Nokta Temaslý (Kedi Býyýðý) Diyodlar Germanyum ve silisyumdan üretilirler. Diyodun iç görünümü þekil 3.44'te görüldüðü gibi kedi býyýðýna benzediðinden elemana bu ad verilmiþtir. Nokta temaslý diyodlarda P tipi parça, N tipi parçaya göre noktasal küçüklüktedir. P elemaný ile kontaðý (temasý), 0,1 mm çapýnda tungsten-molibden alaþýmlý kývrýk tel saðlar. Kedi býyýðýna benzeyen ince telin kaynak olduðu uç katoddur. Nokta kontaklý diyodlarýn iki ucu arasýnda oluþan kapasite 1-2 pf gibi küçük bir deðere düþürülebildiðinden bu elemanlar yüksek frekanslý dedektör (seçme, ayýrma) devrelerinde vb. kullanýlýr. silisyum parçasý Nokta temaslý diyod örneði: AA134: Doðru yöndeki direnci 75 W, ters yöndeki direnci 3,5 MW A K Þekil 3.44: Nokta temaslý diyodun yapýsý V. Yarý Ýletken Lâzer (Laser) Diyodlar Lâzer, çýkarýlan ýþýðýn yükseltme yoluyla canlandýrýlýp yayýlmasý anlamýna gelir. Bu yolla ýþýk ýþýnlarý ince ve yoðun bir ýþýk hüzmesi (demeti) hâline getirilebilir. Lâzer ýþýðý normal bir kaynaktan çýkan ýþýktan iki bakýmdan ayrýlýr. Birincisi, lâzer þekil 3.45'te görüldüðü gibi tamamýyla tek renklidir.yani lâzer ýþýnýnýn frekansý tektir. Ayrýca lâzer daðýnýk deðildir. Yani bütün ýþýk (hepsi elektromanyetik radyasyonun bir formu olduðu için) doðadaki dalga formuna benzer. Sýradan kaynaklardan elde edilen ýþýk þekil 3.46'da görüldüðü gibi rastgele yayýlýr. Ýþte bu nedenle lâzerden çýkan ýþýk zayýflamaz ve çok uzak mesafelere gidebilir. Yarý iletken lâzer basit olarak N tipi yarý iletken (GaAs) ve difüzyon yoluyla içerisine çinko konmuþ P tipi yarý iletken maddeden oluþur. Þekil 3.47'de lâzer diyodun yapýsý basit olarak gösterilmiþtir. Gerilim uygulandýðýnda yalýtkan yüzey ýþýn ya da koharent enfraruj ýþýn yayar. Yarý iletken lâzer diyodlar, fiber optik kablolarla bilgi iletiminde, gece görme aygýtlarýnda, mesafe ölçmede, týbbî aygýtlarda, barkod okuyucularda vb. kullanýlýrlar. 65

71 Þekil 3.45: Lâzer ýþýnlarý Þekil 3.46: Normal lâmbanýn yaydýðý ýþýnlar P tipi madde yalýtkan tabaka DC N tipi madde Þekil 3.47: Lâzer diyodun yapýsýnýn basit olarak gösteriliþi Resim 3.8: Lâzer diyod VI. Shockley (Þokley, PNPN, Dört Tabaka, 4D) Diyodlar Þokley diyodlar þekil 3.49'da görüldüðü gibi dört adet yarý iletkenin birleþmesinden oluþmuþ elemanlardýr. Bu diyod doðru polarma altýnda çalýþýrken uçlarýna uygulanan gerilim iletim seviyesine ulaþýncaya kadar, þekil 3.50'de görüldüðü gibi ters polarize edilmiþ normal diyod gibi çalýþýr. Uygulanan gerilim yükselerek iletim gerilimi seviyesine ulaþtýðýnda ise diyod aniden iletime geçerken, eleman üzerinde düþen gerilim de azalmaya baþlar. Gerilim belirli bir deðere azaldýktan sonra tekrar yükselmeye baþlar. Bu noktadaki gerilime tutma gerilimi denir. Þokley diyodu tutma geriliminden sonra gerilimini ve akýmýný artýrarak düz polarmalý normal diyod gibi çalýþýr. Baþka bir anlatýmla þokley diyodlar baþlangýçta ters polarmalý normal diyod gibi, tutma geriliminden sonra düz polarmalý normal diyod gibi çalýþýr. Bu iki çalýþma noktasý arasýnda gerilim düþerken akýmýn arttýðý bir karakteristik gösterirler. Ýþte bu özellikleri nedeniyle darbe jeneratörleri, bellek devrelerinde vb. kullanýlýrlar. A K Þekil 3.48: Dört tabaka (4D) diyod sembolü I maks (50mA/5A) I tutma (1mA/50mA) 15 ma/35 ma I (A) tutma noktasý iletkenlik bölgesi kesim bölgesi U tutma 0,5 V/1,2 V Þekil 3.49: Dört tabaka (4D) diyodun yapýsý negatif direnç bölgesi U çalýþma 20 V/200 V Þekil 3.50: Dört tabaka diyodlarýn elektriksel karakteristik eðrisi U (V) 66

72 saf malzeme Þekil 3.51: PIN diyodlarýn yarý iletken iç yapýsý ve RF (radyo frekans) eþ deðer devresi VII. PIN (P-I-N, Pozitif-Has-Negatif) Diyodlar Katký madde (yabancý madde) oranlarý yüksek P ve N tipi yarý iletken maddelerinden oluþan PIN diyodun P-N eklemi arasýna ince bir yalýtkan tabaka olan I parçasý yerleþtirilmiþtir. Bu diyodlar doðru polarmada ayarlý bir direnç, ters polarmada ise sabit deðerli bir kondansatör gibi çalýþýrlar. Þekil 3.51'de PIN diyodlarýn yapýsý ve radyo frekans eþdeðer devresi verilmiþtir. PIN diyodlar, alçak frekanslý (AF) ses sinyalleriyle, yüksek frekanslý (YF, HF) radyo sinyallerinin modülasyonunda (karýþtýrýlmasýnda), doðru polarma gerilimi deðiþtirilerek elektronik zayýflatýcý olarak vb. kullanýlýrlar. VIII. Sabit Akýmlý Diyodlar Gerilimdeki deðiþmelere raðmen akýmý sabit tutabilen diyodlardýr. Örneðin 1N5305 kodlu diyoda uygulanan gerilim 2 ile 100 V arasýnda deðiþmesine raðmen geçen akým 2 ma olarak sabit kalýr. Bu elemanlar akým regülasyonunu saðlamak için kullanýlýrlar. IX. SMD Tip (Chip, Çip) Diyodlar Küçük boyutlu elektronik devrelerde (bilgisayar, yazýcý, faks, tv, telefon, video vb.) kullanýlan diyodlardýr. SMD tip diyodlarýn özellikleri diðer diyodlarla aynýdýr. Sadece boyutlarý çok küçük olduðundan sökülüp takýlmalarý zordur. SMD tipi elemanlarýn söküp takma iþlemleri ince uçlu havya ve kaliteli lehim yoksa yapýlmamalýdýr. Bazý SMD diyod örnekleri: BAS16 (SMD kodu: JU/A6): 75 V/250 ma, BAL74 (SMD kodu: JC): 50 V/250 ma, BYM1050: 50 V/1 A FSA2500M Resim 3.9: SMD tipi diyod örneði Þekil 3.52: Entegre tipi diyodlarýn yapýsý X. Entegre Tipi Diyodlar (Diyod Dizileri) Karmaþýk yapýlý elektronik devrelerde diyodlar entegreye benzer þekilde bir gövde içinde toplanmýþ hâlde olabilmektedir. Þekil 3.52'de verilen entegre tipi diyod modelinde görüldüðü gibi 16 adet diyod bir gövde içinde birleþtirilerek kullanýma sunulmuþtur. ü. Optoelektronik Led, fiber optik kablo, fotodiyod, fototransistörün birer optoelektronik araç olduðunu vurgularsak kelime ne kadar yabancý olsa da hangi konularla ilgili olduðunu kavrayabiliriz. 67

73 Optoelektronik aletler, ýþýk yayan, ýþýðý algýlayan, ya da ýþýðýn bir yerden baþka bir yere iletilmesini saðlayan araçlardýr. Bu aletler, iletiþim, güç elektroniði, ölçüm ve denetim yapma gibi bir çok alanda kullanýlmaktadýr. Genel bir tanýmla ýþýk, radyo dalgalarý, gama ýþýnlarý, kýzýl ötesi ýþýným ve röntgen ýþýnlarýna benzer nitelikleri olan elektromanyetik ýþýným (radyasyon) þeklinde bir enerjidir. Baþka bir deyiþle ýþýk, düzgün bir enerji daðýlýmýna sahip elektrik ve manyetik alandan oluþan dalga olup, enerji taþýyan parçacýklardan yani fotonlardan oluþmaktadýr. Iþýðýn dalga ve parçacýktan oluþan ikili bir yapýsý vardýr. Bazen parçacýk özelliði bazen de dalga özelliði aðýrlýk kazanýr. Ancak mutlak olan husus, ýþýðýn enerji taþýdýðýdýr. Iþýðýn elektronik alanýnda kullanýlmasýný saðlayan bu özelliðidir. Optoelektronik 0,3 mm den 30 mm ye kadar dalga boylarýndaki elektromanyetik ýþýnýmlarla ilgilenir. Yani bu aralýk hemen morötesinin içinden baþlar, gözle görülür aralýðýndan geçerek kýzýlötesi bölgesinin epey içine kadar uzanýr. Gözle görülür ýþýk, renkli olarak algýlanmakta olup, rengi, dalga boyunun belirlediði anlaþýlmaktadýr. Kýrmýzý ýþýk en uzun dalga boyuna sahip olup, 0,78 mm, mor ýþýk ise 0,4 mm dir. 0,8 mm den 100 mm ye kadar olan aralýk kýzýl ötesi, 0,01 mm den 0,4 mm ye kadar olan bölüm ise mor ötesi olarak adlandýrýlýr. K A K A Þekil 3.53: Fotodiyod sembolleri ýþýk mercek gövde P-N eklemi Þekil 3.54: Fotodiyodlarýn yapýsý R Optoelektronikle Ýlgili Elektronik Devre Elemanlarý 10 kw K I. Fotodiyodlar (Photodiode, Iþýða Duyarlý Diyod) Üzerine ýþýk düþtüðünde iletken olarak katot ucundan anot ucuna doðru akým geçiren elemana fotodiyod denir. Bu elemanlar doðrultmaç diyodlarýna çok benzer. Tek fark þekil 3.54'te görüldüðü gibi fotodiyodlarýn birleþim yüzeyinin aydýnlatýlmýþ (ýþýk alabiliyor) olmasýdýr. Fotodiyodlar devreye ters baðlanýr ve ýþýk ile ters yöndeki sýzýntý akýmlarýnýn artmasý sûretiyle kontrol yaparlar. Bu kontrol, ýþýkla yarý iletkenin kristal yapýsýndaki baðlarýn bazý noktalarda kopmasý sonucu elektron ve oyuklarýn hareketiyle doðan akýmýn çoðalmasý þeklinde olur. Þekil 3.55'te görüldüðü gibi fotodiyodlarýn üzerine gelen ýþýk bu elemanlarýn geçirdikleri akýmý artýrmaktadýr. Geçen akým, ýþýðýn þiddetine baðlý olarak 100 ma ilâ 150 ma, gerilim ise 0,14-0,15 volt arasýnda deðiþmekte olup çok küçüktür. - U = 12 V I ters (ma-ma) A ýþýk þiddeti (lux) Þekil 3.55: Iþýða baðlý olarak fotodiyodlarýn üzerinden geçen akýmýn deðiþimini gösteren eðri 68

74 Fotodiyodlarýn çalýþma hýzý yaklaþýk 1 nanosaniye ilâ 0,2 mikrosaniye arasýnda olup son derece yüksektir. Bu hýzlý davranýþlarý ve boyutlarýnýn küçük olmasý nedeniyle ýþýk ölçüm aygýtlarýnda, ýþýk dedektörlerinde, elektronik alarm düzeneklerinde, elektronik flaþlarda, optokuplörlerde, fiber optik kabloyla veri iletiminde vb. yaygýn olarak kullanýlýrlar. Fotodiyodlar enfraruj ýþýnlara karþý da duyarlýdýr. Bunu saðlamak için diyodun gövdesindeki alýcý kýsmýn merceði renkli cam ya da plâstikten yapýlarak normal ýþýnlarýn etkide bulunmasý önlenir. Resim 3.10'da fotodiyod örnekleri verilmiþtir. Fotodiyod örnekleri: BPW12, BPW20, BPW30, BPW33, BPW34, BPW63, BPW65 BPW34 BP104 BPX633 BPW43 Resim 3.10: Çeþitli fotodiyodlar II. Optik Kuplajlayýcýlar (Optokuplör, Optocoupler, Optoizolatör, Optoswitch) Iþýk yayan eleman ile ýþýk algýlayan bir elemanýn ayný gövde içinde birleþtirilmesiyle elde edilen elemanlara optokuplör denir. Þekil 3.56'da yapýlarý görülen bu elemanlarda ýþýk yayan eleman olarak led, enfraruj led kullanýlýrken ýþýk algýlayýcý olarak fotodiyod, fototransistör, fototristör, fototriyak vb. gibi elemanlar kullanýlýr. Optokuplörler daha çok ýþýk yoluyla, iki ayrý özellikli devre arasýnda elektriksel (galvanik) baðlantý olmadan irtibat kurulmasýný saðlayan devrelerde kullanýlýrlar. Þöyle ki; düþük gerilimle çalýþan bir devreyle yüksek gerilimli bir güç devresine optokuplör aracýlýðýyla kumanda edilebilir. Optokuplörler volt arasý gerilimlere dayanýklý olduðundan en hassas kontrol sistemlerinde güvenle kullanýlabilir. Burada verilen voltaj (gerilim) deðerleri iki ayrý özellikli devrenin birbiri arasýnda akým geçiþinin olabilmesi için uygulanmasý gereken deðeri belirtir. Þöyle ki; kumanda devresi 5 volt ile çalýþsýn. Bu devrenin tetikleme akýmý göndermesiyle enfraruj led ýþýn yayarak karþýsýnda bulunan ýþýða duyarlý elemaný tetikler. Tetiklenen eleman ise iletime geçerek yüksek voltajlý devrenin çalýþmasýný saðlar. Optokuplörler, TV, bilgisayar, PLC cihazý ve otomasyon sistemlerinde kullanýlýr. 4N28 Þekil 3.56: Uygulamada kullanýlan çeþitli optokuplörlerin iç yapýsý 69

75 Þekil 3.57: Optointerraptýrlarýn yapýsý III. Optointerraptýrlar (Optointerrupter, Açýk Tip Optokuplör) Optokuplörlere çok benzeyen devre elemanlarýdýr. Tek farklarý, ýþýk yayan eleman ile ýþýðý algýlayan eleman arasýna bir cisim girmesi mümkün olacak þekilde (açýk gövdeli) dizayn edilmiþ olmalarýdýr. Þekil 3.57'de yapýlarý görülen bu elemanlarda ýþýk yayan elemana akým uygulandýðýnda oluþan ýþýk algýlayýcýya ulaþýr. Algýlayýcýnýn çýkýþýnda maksimum deðerde akým oluþur. Araya bir cisim girdiðinde ýþýk geçiþi sona ereceðinden algýlayýcý elemanýn çýkýþ akýmý sýfýr (0) olur. Optointerraptýrlar bilgisayar farelerinde (maus, mouse), otomasyon sistemlerinde, robot kontrollerine vb. kullanýlýrlar. Ek Bilgi: Bilgisayar Faresinin Yapýsý Þekil 3.58'de iç yapýsý verilen bilgisayar faresi hareket ederken, gövde içindeki bilye elimizle yaptýðýmýz hareketlerin miktarlarýný birbirine dik olarak yerleþtirilmiþ iki silindir yardýmýyla ikiye ayýrýr. Led ve fotodiyodlar (ya da fototransistörler) arasýnda kalan delikli disk, silindirin dönme hýzý ile orantýlý olarak döner. Bu sýrada fotodiyodlar led tarafýndan yayýlan ýþýðýn engellerden geçmesi anýnda bir sinyal (kare dalga) üretirler. Doðal olarak birim zamanda üretilen bu sinyallerin sayýsý delikli diskin dönme hýzý, silindirin dönme hýzýyla orantýlý olacaktýr. Sonuçta farenin altýnda dönen topun hareketleri entegreli devre aracýlýðýyla bilgisayarýn iþlem devrelerine aktarýlabilmektedir. fare bilyesi sað-sol silindiri fotodiyodlar 70 led diyod yukarý aþaðý silindiri delikli silindir Þekil 3.58: Bilgisayarda kullanýlan farenin iç yapýsý

76 ýþýk þeffaf yalýtkan yüzey ince metal ýzgara kadmiyum (fosfor karýþýmlý) selenyum (bor karþýmlý) PVC yalýtkan gövde Þekil 3.59: Fotopil sembolleri Þekil 3.60: Fotopillerin yapýsý IV. Fotopiller (Solar Cell, Fotosel, Güneþ Pili, Photovoltaic Cell) Güneþ enerjisini (gün ýþýðýný) elektrik enerjisine dönüþtüren elemanlara fotopil denir. Fotopilin yapýsý ve çalýþmasý Foton absorblanmasýyla (emilmesiyle) oluþan yük taþýyýcýlar çoðunlukta olduklarý bölgelere sürüklenirler. Birleþim yüzeyinden I akýmý geçer ve N tipi madde eksi (-), P tipi madde ise artý (+) yüklenmiþ olur. I akýmý, birleþim yüzeyinin ileri yönde kutuplaþmasýna ve birleþim potansiyel settinin alçalmasýna neden olur. Dýþ devre açýk ise (alýcý yoksa) P den N ye akým geçer ve birleþim yüzeyindeki set tekrar yükselir. P bölgesi eksi (-), N bölgesi artý (+) yüklenir. Sonra tekrar foton absorblanarak (emilerek) olay devam eder. Dýþ devreden akým çekilirse P-N birleþim yüzeyindeki potansiyel, elektronlarý daha yüksek potansiyele çýkaran batarya (pil) rolü oynamaktadýr. Enerjisi yeterli bir ýþýk demeti, P-N birleþim yüzeyine düþürülecek olursa foton, elektronlarla karþýlaþýp enerji verebilir. Serbest hâldeki elektronlar valans elektronlarýnýn ancak 1/10 4 kadar olduðundan, bu ihtimal zayýftýr. Foton, muhtemel valans elektronu ile karþýlaþýr ve ona enerjisini býrakarak iletkenlik bandýna çýkarýr. Valans bandýna giden elektron arkasýnda bir boþluk (artý yük) býrakýr. Sonuç olarak P tipi bölge artý (+), N tipi bölge eksi (-) yüklenerek bir elektriksel potansiyel farkýnýn oluþmasýna yol açar. Bu da elektrik akýmýný doðurur. Foton akýsý, ýþýk demetine birim yüzeyden birim zamanda geçen foton sayýsý olarak tanýmlanýr. Iþýk ýþýnlarý (fotonlar) fotopil üzerine düþtüðünde küçük yarý iletken temelli hücrelerde yaklaþýk 0,4-0,5 volt / ma lik elektrik akýmýnýn oluþmasýný saðlarlar. Güneþ pilleriyle 3 volt gerilim elde etmek isteniyorsa 6 tanesi birbirine seri olarak baðlanýr. Sistemden alýnan akým yükseltilmek istendiðinde ise, elemanlar paralel baðlanýr. Yüksek gerilim ile akým elde etmek için yapýlmýþ güneþ enerjisi panellerinde yüzlerce güneþ pili seri ve paralel baðlý durumdadýr. Güneþ pili üzerine düþen ýþýðýn þiddeti bir noktadan sonra artýrýlsa da (örneðin 4000 lux ten sonra) alýnan gerilim sabit kalmaktadýr. Bu elemanlar, güneþ ýþýðýyla çalýþan saat, radyo, TV, hesap makinesi, otomobil, sokak lâmbasý, uydu vericisi, uçak vb. gibi aygýtlarda kullanýlýr. 71

77 fotopil paneli fotopil paneliyle çalýþan televizyon Resim 3.11: Fotopil örnekleri v. Diyod Kataloglarý Üretici firmalar uygulamalarda istenilen sonuçlarý elde edebilmek için ürettikleri elemanlar hakkýnda ayrýntýlý bilgi kataloglarý yayýnlarlar. Elektronik devre tasarýmcýlarý ve onarým iþiyle uðraþanlar piyasaya sürülmüþ olan kitap ya da CD-ROM hâlindeki tanýtým kataloglarýný alarak baþvuru kaynaðý olarak kullanýrlar. Diyod Kataloglarýnda Bulunan Kýsaltmalarýn Anlamlarý +I diyod = I F : Diyodun doðru polarmada geçirebileceði akým (forward current) -I diyod = I R : Diyodun ters yön akýmý (reverse current) R F : Diyodun iletim direnci (forward resistance) R R : Diyodun ters yön direnci (reverse resistance) U iletim = V F : Diyodun iletim gerilimi (forward voltage) U ters = V R : Diyodun ters yön gerilimi (reverse voltage). Diyoda uygulanabilecek maksimum gerilim deðeri (1N4001 diyod için bu deðer 50 volttur). t j = t stg : Diyodun çalýþma sýcaklýðý Cj: Diyodun kapasitesi f: Diyodun çalýþma frekansý P: Diyodun gücü y. Diyodlarýn Rakam ve Harflerle Kodlanmasý 1. Harf Yarý iletkeni belirtir. A: Germanyumdan yapýlmýþtýr. B: Silisyumdan (silikondan) yapýlmýþtýr. C: Galyum-arsenikten yapýlmýþtýr. D: Ýndiyum-antimuandan, indiyum arsenikten yapýlmýþtýr. R: Polikristal (çoklu kristal) yarý iletkenlerden (kadmiyum sülfat vb.) yapýlmýþtýr. 2. Harf Diyodun cinsini (genel iþlevini) belirtir. A: Dedektör diyodu, yüksek hýzlý diyod, mikser diyodu, doðrultmaç diyodu B: Kapasitif (varikap) diyod P: Photo (foto) diyod E: Tünel diyod N: Optokuplör 72 fotopil paneliyle çalýþan mini motorlu araba maketi

78 P: Iþýk belirleme (hissetme) elemaný Q: Iþýk yayan diyod (led) Y: Doðrultmaç ya da benzeri diyod Z: Gerilim referansý ya da regülatör diyod Diyod üzerinde bir ve ikinci harften sonra gelen numaralar, elemanýn özel kullaným alanlarýný belirtir. 1N, 1/4M, 25N, 4M, 1/2Z: Amerikan standartýnda kullanýlan kodlama 1S: Japon standartýnda kullanýlan kodlama 2T, 3T, 4T: ITT firmasýnýn kodlamasý 5A, 5D, 8D, 10B-C-D, A, AA, AAY, AB, AC, AD, AE, AZ, BA, BAX, BAY, BB... çeþitli üretici firmalarca kullanýlan diyod kodlarý z. Diyodlarýn Renk Bantlarýyla Kodlamasý 1N serisi diyodlarýn bazý modellerinde elemanýn adý renk bandlarýyla gösterilmektedir. Renklerin rakamsal karþýlýklarý þöyledir: Siyah : 0 Kahverengi : 1 Kýrmýzý : 2 Turuncu : 3 Sarý : 4 Yeþil : 5 Mavi : 6 Mor : 7 Gri : 8 Beyaz : 9 Örnek: Gövdesi üzerinde sarý, kahverengi, sarý, gri renkleri bulunan diyodun modelini belirleyiniz. Çözüm: Sarý: 4. Kahverengi: 1. Sarý: 4. Gri: 8 = 1N renk sarý katot iþareti 2. renk kahve 3. renk sarý 4. renk gri 1N Þekil 3.61: Diyodlarýn renk bantlarýyla kodlanmasý Sorular 1. Diyod nedir? Tanýmlayýnýz. 2. Zener diyodlarýn kullaným alanlarý hakkýnda bilgi veriniz 3. Fotodiyodun yapýsý ve çalýþmasýný anlatýnýz. 4. Varikap diyodun kullaným alanlarý hakkýnda bilgi veriniz. 5. Doðrultmaç diyodunun doðru ve ters polarma karekteristik eðrilerini çizerek açýklayýnýz. 6. DC 24 voltta çalýþacak led 15 ma çektiðine göre kaç ohmluk direnç ile korunmalýdýr? Hesaplayýnýz. 7. Display'ler hakkýnda bilgi veriniz. 8. Led, zener diyod, köprü ve doðrultmaç diyodlarýn saðlamlýk testinin yapýlýþýný açýklayýnýz. 9. Germanyumdan yapýlan diyodlarla silisyumdan yapýlmýþ diyodlar arasýnda ne gibi farklar vardýr? Yazýnýz. 10. Optokuplör nedir? Açýklayýnýz. 11. Köprü diyod nedir? Saðlamlýk testi nasýl yapýlýr? Yazýnýz. 73

79 Bölüm 3: Diyodlar A. Diyodlarýn Temel Yapýsý ve Tanýmý P ve N Tipi Maddeler Birleþtirilerek Diyodun Üretilmesi a. Polarmasýz P-N Birleþimi b. Polarmalý P-N Birleþimi 1. P-N Birleþimine Doðru Yönde Akým Uygulama (Doðru Polarizasyon) 2. P-N Birleþimine Ters Yönde Akým Uygulama (Ters Polarizasyon) B. P-N Yüzey Birleþmeli Diyod Çeþitleri ve Yapýlarý a. Kristal Diyodlarýn Elektriksel Karakteristiklerinin P-N Yüzey Birleþmeli Diyodlarla Açýklanmasý b. Doðrultmaç Diyodlarýnýn Doðru ve Ters Polarizasyondaki Karakteristik Eðrileri c. P-N Birleþimli Doðrultmaç Diyodlarýn Doðru ve Ters Polarma Karakteristik Eðrilerinin Çýkarýlmasý d. Ýdeal Diyod e. Diyodlarda Çalýþma Sýcaklýðý f. Diyodlarýn Soðutulmasý g. Yüksek Güçlü Diyodlar h. Diyodlarýn Gövde Þekilleri ý. Doðrultmaç Diyodlarýnýn Ayaklarýnýn Bulunmasý i. Doðrultmaç Diyodlarýn Saðlamlýk Testi I. Ohmmetre ile Saðlamlýk Testi II. Polarma Gerilimine Bakýlarak Saðlamlýk Testi j. Diyodlarýn Bozulmasýnýn Nedenleri k. Diyodlarýn Seri ve Paralel Baðlanmasý I. Diyodlarýn Seri Baðlanmasý II. Diyodlarýn Paralel Baðlanmasý l. Doðrultmaç Diyodlarýný Koruma Yöntemleri m. Köprü Tipi (Bridge, Blok) Diyodlar I. Ýki Diyodlu Blok Diyodlar Ýki Diyodlu Blok Diyodlarýn Saðlamlýk Testi II. Dört Diyodlu Blok (Köprü) diyodlar Köprü Diyodlarýn Saðlamlýk Testi Köprü Diyod Örnekleri n. Zener (Zenner, Gerilim Sabitleyici, Regüle) Diyodlar Zener Diyodlarýn Çalýþma Voltajlarý Zener Diyodlarýn Ters Baðlantý Durumunda Belli Bir Gerilimden Sonra Ýletken Olmasýnýn Nedeni Uygulamada Kullanýlan Diyodlarda Ýki Çeþit Ters Kýrýlma (Zener) Durumu Vardýr I. Çýð Olayý II. Zener Etkisi Zener Diyodlarýn Çalýþma Geriliminin Belirlenmesi

80 Zener Diyodlarýn Saðlamlýk Testi Zener Diyodlarýn Kodlanmasý Zener Diyodlarýn Kullaným Alanlarý I. Zener Diyodlu Regüle Devresi II. Röleyi Belirli Bir Gerilimden Sonra Çalýþtýran Zener Diyodlu Devre III. Ölçü Aletlerini Aþýrý (Yüksek) Gerilimden Koruyan Zener Diyodlu Devre o. Ledler (Light Emitting Diode, Iþýk Yayan Diyod, Solid State Lamp) Led Diyodlarýn Saðlamlýk Testi ö. Çok Renkli Ledler p. Kapasitif (Varikap, Varaktör) Diyodlar Kapasitif (Varikap) Diyod Örnekleri r. Tünel (Tunnel, Esaki) Diyodlar s. Enfraruj (Infrared) Led Diyodlar Enfraruj Led Diyodlarýn Saðlamlýk Testi t. Ledli Displeyler (Display, Rakam, Harf Göstergeler) I. Anodu Þase (Common Anode, Anodu Ortak) Displeyler II. Katodu Þase (Common Cathode, Katodu Ortak) Displeyler u. Elektronik Devrelerde Kullanýlan Diðer Diyodlar I. Gunn (Gan) Diyodlar II. Impact (Impatt, Çýð) Diyodlar III. Schottky (Þotki) Diyodlar IV. Nokta Temaslý (Kedi Býyýðý) Diyodlar V. Yarý Ýletken Lâzer (Laser) Diyodlar VI. Shockley (Þokley, PNPN, Dört Tabaka, 4D) Diyodlar VII. Pin (P-I-N, Pozitif-Has-Negatif) Diyodlar VIII. Sabit Akýmlý Diyodlar IX. SMD Tip (Chip, Çip) Diyodlar X. Entegre Tipi Diyodlar (Diyod Dizileri) ü. Optoelektronik Optoelektronikle Ýlgili Elektronik Devre Elemanlarý I. Fotodiyodlar (Photodiode, Iþýða Duyarlý Diyod) II. Optik Kuplajlayýcýlar (Optokuplör, Optocoupler, Optoizolâtör, Optoswitch) III. Optointerraptýrlar (Optointerrupter, Açýk Tip Optokuplör) Ek Bilgi: Bilgisayar Faresinin Yapýsý IV. Fotopiller (Solar Cell, Fotosel, Güneþ Pili, Photovoltaic Cell) Fotopilin Yapýsý ve Çalýþmasý v. Diyod Kataloglarý Diyod Kataloglarýnda Bulunan Kýsaltmalarýn Anlamlarý y. Diyodlarýn Rakam ve Harflerle Kodlanmasý z. Diyodlarýn Renk Bantlarýyla Kodlamasý Sorular

81

82 Bölüm 4: Transistörler Giriþ Elektronikle ilgili sistemlerin geliþip üstün seviyeye gelmesi yarý iletken temelli transistörlerin bulunmasýndan sonra olmuþtur. Uygulamada 'e yakýn çeþitte transistör vardýr. Ayrýca her geçen gün yeni özelliklere sahip transistörler üretilmektedir. Þekil 4.1'de görülen germanyumdan yapýlmýþ ilk nokta temaslý transistörler 1947 yýlýnda Bell Telefon Lâboratuvarlarýnda çalýþan W. Brattain ve J. Bardeen adlý bilginler tarafýndan bulunmuþtur. beyz baðlantýsý transistörü oluþturan yarý iletkenler kollektör ucu metal gövdeye baðlý emiter baðlantýsý gövde ayaklar Þekil 4.1: Nokta temaslý transistörlerin yapýsýnýn basit olarak gösterilmesi B C E Þekil 4.2: Yüzey temaslý transistörlerin yapýsýnýn basit olarak gösterilmesi Germanyum transistörler ýsýdan çok etkileniyor, ýsý ile akýmlarý artýyordu. Elektrotlar arasý kapasitelerinin büyük olmasý ise osilasyonlara (salýnýmlara) neden oluyordu. Daha sonraki yýllarda silisyumdan transistör yapýmý baþladý. Silisyum transistörler germanyum transistörlerde ortaya çýkan bir çok sakýncanýn ortadan kalkmasýný saðladý yýlýnda ise nokta temaslý transistörlerden daha kolayca üretilebilen, bugün kullandýðýmýz iki polarmalý (bipolar) yüzey temaslý tip transistörler Schockley (Þokley) tarafýndan geliþtirilmiþtir. Þekil 4.2'de yüzey temaslý transistörün yapýsý görülmektedir. Ýki polarma yüzeyli transistörler teknik anlatýmlarda kýsaca BJT olarak da adlandýrýlmaktadýr. (BJT: Bipolar Junction Transistör) Transistör kelimesi, transfer (aktarma) ve resistor (direnç) sözcüklerinin kýsaltýlmasýyla ortaya çýkmýþtýr. Transistörlerin ayak adlarýnýn Türkçe karþýlýklarý þöyledir: Emiter (emitter): Yayýcý, Kolektör (collector): Toplayýcý, Beyz (base): Taban, giriþ, kontroldur. NPN PNP A. Transistörlerin Genel Tanýmý Þekil 4.3: NPN ve PNP NPN ya da PNP þeklinde dizilmiþ üç yarý iletkenin transistör sembolleri birleþiminden oluþmuþtur. Ayaklarý beyz (B), kolektör (C), emiter (E)'dir. B ucu tetiklendiðinde C-E arasýnýn direnç deðeri azalarak akým geçirir. C-E arasýndan geçen akýmýn deðeri beyz ucuna uygulanan tetikleme akýmýnýn miktarýna baðlýdýr. 74

83 Resim 4.1: Çeþitli transistörler NPN ve PNP transistörün çalýþma ilkesi ve yapýsý birbirine çok benzemesine raðmen yüksek frekanslý sinyallere karþý tepkisi daha iyi olduðundan NPN tip transistörler devrelerde daha yaygýn olarak kullanýlmaktadýr. Transistörlerin Yapýsý a. NPN Tipi Transistörün Yapýsý Þekil 4.4'te görüldüðü gibi NPN transistör yapýlýrken iki adet N tipi özelliðe sahip yarý iletken malzemenin arasýna ince bir katman hâlinde P tipi malzemeden beyz tabakasý yerleþtirilmiþtir. Araya yerleþtirilen beyz tabakasý iki büyük tabaka arasýndaki elektron oyuk geçiþini kontrol etme bakýmýndan görev yapmaktadýr. Transistörleri musluða (vana) benzetmek mümkündür. Musluk akan sývýyý denetler (ayarlar). Transistör ise geçen akýmý denetler. Bu özelliði sayesinde küçük akýmlar ayný biçimde olmak kaydýyla büyütülebileceði gibi, küçük bir akým ile büyük bir alýcýnýn çalýþmasý da saðlanabilir. Þekil 4.5'te verilen vana eþ deðerinde B ucundan bir miktar su verildiðinde yay ile tutturulmuþ kol aþaðýya doðru inerek C bölgesinden E bölgesine doðru yüksek miktarlý bir su geçiþini saðlar. B giriþine uygulanan su kesildiði anda yay kolu çekerek C ile E arasýndaki geçiþi kapatýr. kolektör (C) beyz (B) emiter (E) N P N Þekil 4.4: NPN transistörlerin yarý iletken yapýsý b. PNP Tipi Transistörün Yapýsý Þekil 4.6'da görüldüðü gibi PNP transistör yapýlýrken iki adet P tipi özelliðe sahip yarý iletken malzemenin arasýna ince bir katman hâlinde N tipi malzemeden beyz tabakasý yerleþtirilmiþtir. Araya yerleþtirilen beyz tabakasý iki büyük tabaka arasýndaki elektron oyuk geçiþini kontrol etme bakýmýndan görev yapmaktadýr. 75

84 kolektör (C) yay P beyz (B) N P emiter (E) Þekil 4.5: Transistörün vana (musluk) eþ deðeri Þekil 4.6: PNP transistörlerin yarý iletken yapýsý Transistörlerin Çalýþma Ýlkesi a. NPN Tipi Transistörün Çalýþma Ýlkesi Þekil 4.7'de görüldüðü gibi, U BB kaynaðýnýn artý (+) ucu beyz bölgesini pozitif olarak yükler. U CC kaynaðýnýn eksi (-) ucu E bölgesindeki elektronlarý yukarý iter. Sýkýþan elektronlar beyz (B) tarafýndan çekilir. Baþka bir deyiþle, emiterin iletim bandýndaki elektronlar E-B gerilim settini aþarak beyz bölgesine girerler. Ancak B bölgesi çok dar olduðundan, emiterden gelen elektronlarýn % 1-2'lik kýsmý B bölgesi tarafýndan çekilirken, yaklaþýk % 98-99'luk kýsým C bölgesine geçer. U CC 'nin artý (+) ucu C bölgesindeki elektronlarý kendine çeker. Bu sayede elektron hareketi süreklilik kazanýr. U BB 'nin verdiði beyz akýmý olduðu sürece E den C'ye elektron akýþý sürer. NPN transistörde elektronlar yukarý giderken (þekil 4.8), oyuklar aþaðý doðru gider (þekil 4.9). Bu nedenle pratik anlatýmda B'ye uygulanan artý (+) sinyal C'den E'ye doðru akým geçirir denir. Sonuç olarak, emiter akýmý, beyz ve kolektör akýmlarýnýn toplamýna eþittir. Bunu denklem olarak ifade edersek, I E = I B + I C [A] eþitliði yazýlabilir. U BB - - U CC Þekil 4.7: NPN transistörlerin iç yapýsý Þekil 4.8: NPN transistörde elektronlarýn hareket yönleri Þekil 4.9: NPN transistörde oyuklarýn hareket yönleri 76

85 P N U BB - P - U CC I C Þekil 4.10: PNP transistörlerin iç yapýsý Þekil 4.11: PNP transistörde elektronlarýn hareket yönleri Þekil 4.12: PNP transistörde oyuklarýn hareket yönleri b. PNP Tipi Transistörün Çalýþma Ýlkesi Þekil 4.10'da görüldüðü gibi, U BB kaynaðýnýn eksi (-) ucu B bölgesini negatif olarak yükler. U CC kaynaðýnýn artý (+) ucu E bölgesindeki artý (+) yüklü oyuklarý yukarý iter. Sýkýþan artý (+) yükler B tarafýndan çekilir. Ancak B bölgesi çok dar olduðundan oyuklar C bölgesine geçerler. U CC nin eksi (-) ucu C bölgesindeki oyuklarý kendine çektiðinden oyuk hareketi süreklilik kazanýr. U BB akýmý olduðu sürece E'den C'ye oyuk akýþý sürer. E'den gelen oyuklarýn yaklaþýk % 1-2'lik kýsmý U BB tarafýndan yutulurken, geriye kalan % 98-99'luk oyuk U CC kaynaðýnýn eksi (-) ucuna gider. PNP transistörde elektronlar aþaðý giderken (þekil 4.11), oyuklar yukarý doðru gider (þekil 4.12). Bu nedenle pratik anlatýmda B'ye uygulanan eksi (-) sinyal E'den C'ye doðru akým geçirir denir. Görüldüðü üzere NPN ve PNP transistörün çalýþma þekli aynýdýr. Sadece birinde elektronlar, diðerinde ise oyuklar görev yaparak akým geçiþini saðlamaktadýr. Transistör Eklemlerinde Oluþan Gerilim Setleri Þekil 4.13'te görüldüðü gibi P ve N tipi iki yarý iletken birleþtirilince, ilk anda birleþim bölgesinde bir elektron-oyuk hareketi baþlar. Yani P tipi maddenin sað tarafýndaki oyuklarla N tipi maddenin sol tarafýndaki elektronlar birbirini çekerek birleþirler. Bunun sonucunda P-N birleþim bölgesinde elektriksel olarak nötr (ne artý ne de eksi yüklü, yani yüksüz) bölge oluþur. Ýþte bu nötr bölge bir set (engel) gibi davranarak yarý iletken malzemelerin içinde bulunan diðer oyuk ve elektronlarýn birleþmesini engeller. Ancak dýþarýdan bir enerji (ýþýk, ýsý, elektrik akýmý) uygulanacak olursa P-N birleþiminin nötr bölgesi (gerilim setti) yýkýlýr. 77 E N P Þekil 4.13: Transistörü oluþturan yarý iletkenlerin birleþim yüzeylerindeki gerilim setleri Sonuç olarak, P-N birleþiminin olduðu her elemanda bir gerilim setti söz konusudur. Bu settin aþýlmasý için elektrik akýmý uyguladýðýmýzda eðer eleman germanyumdan yapýlmýþsa gerilim deðeri 0,2 voltu aþýnca, silisyumdan yapýlmýþsa 0,6-0,7 voltu aþýnca akým geçiþi baþlar. B N C

86 Transistörlerde Polarma (E-B-C Uçlarýna DC Uygulama) Elektronik devrelerde kullanýlan transistörler doðru polarýldýðýnda iletime, ters polarýldýðýnda ise kesime giderler. Bu bakýmdan NPN ve PNP transistörlerin hangi polarmada çalýþtýðý iyice öðrenilmelidir. Þekil 4.14'te NPN transistörlerin çalýþmasý için uygulanmasý gereken DC gerilimlerin yönleri verilmiþtir. I B I C a. NPN ve PNP Transistörlerin Doðru Polarýlmasý Transistörün beyz ucuna akým uygulanmadýðýnda C- E arasýndan akým geçiþi olmaz. Yani eleman kesimde (cut-off) kalýr. Transistör germanyumdan yapýlmýþsa B ucuna uygulanan gerilim 0,2 voltu aþýnca, silisyumdan yapýlmýþsa 0,6-0,7 voltu aþýnca C ve E arasý iletken olur. NPN tipi transistörlerin B ucuna þaseye göre artý (+) uygulandýðýnda iletimin olabilmesi için C ye artý (+) ve E ye eksi (-) uygulanýr (þekil 4.15). Þekil 4.14: NPN transistörün çalýþabilmesi için B-C-E uçlarýna DC gerilimin uygulanýþý PNP transistörlerde B ucuna eksi (-) uygulanýnca E'den C'ye akým geçiþi olur. Bu sýrada E'ye artý (+) ve C'ye (-) verilir (þekil 4.16). Sonuç olarak, transistörleri aktif yükseltme elemaný olarak kullanabilmek için B-E birleþimi doðru polarýlýrken edilirken B-C eklemi ters polarýlýr. Þekil 4.15 ve þekil 4.16'ya bakýnýz. U BB U CC U BB U CC U BB U CC Þekil 4.15: NPN transistörün doðru polarýlmasý Þekil 4.16: PNP transistörün doðru polarýlmasý b. NPN ve PNP Transistörlerin Ters Polarýlmasý Transistörlerin beyz-emiter (B-E) uçlarý doðru, beyz-kolektör (B-C) uçlarý ters polarýlýrsa eleman çalýþýr. Þekil 4.17-a ve b'de görüldüðü gibi B-E uçlarý ve B-C uçlarý yanlýþ polarýlýrsa eleman çalýþmaz. Hatta elemanda bozulma bile olabilir. Þöyle ki; B-E arasý ters polarýlýrsa beyz-emiter geçiþ eklemi þekil 4.18'de görüldüðü gibi geniþler ve set gerilimi büyür. Akým geçiþi olmaz. B-C uçlarý ters polarmalý deðil de doðru polarýlýrsa transistör yine çalýþmaz. 78

87 Þekil 4.17: NPN ve PNP transistörlerin ters polarmalý olarak baðlanmasýna iliþkin örnek þekiller (Verilen þemalarda transistörlerin B-E ve B-C eklemleri anlamayý kolaylaþtýrmak için diyod þeklinde gösterilmiþtir.) Transistörlerin Saðlamlýk Testi Transistörlerin testi yapýlýrken þu yöntemler kullanýlýr: a. Ohmmetre ile Saðlamlýk Testi Saðlamlýk testinde alýnmasý gereken deðerleri kolayca anýmsayabilmek için NPN ve PNP transistörü þekil 4.19'da görüldüðü gibi birbirine ters seri baðlý iki diyoda benzetebiliriz. Bu benzetmeden yola çýkarak ohmmetre ile yapýlacak 6 ölçümde çizelge 4.1'de verilen deðerler alýnmalýdýr. Not: Diyodlar birbirine ters baðlanmak sûretiyle transistör elde edilemez. Þekil 4.18: B-E eklemi ters polarýlmýþ PNP transistör (Burada B-E uçlarýna uygulanan ters yönlü polarma gerilimi transistörün dayanabileceði deðerin üzerine çýkarsa B-E eklemi bozulur.) Þekil 4.19: PNP ve NPN tipi transistörlerin diyod eþ deðerleri b. Polarma Gerilimine Bakarak Saðlamlýk Testi Dijital multimetrelerin (AVOmetre) komütatörü diyod sembolünün bulunduðu yere getirilir. Yapýlan ölçümlerde silisyum transistörlerin B-E ve B-C eklemleri üzerinde düþen gerilimler bir yönde yaklaþýk mv olarak okunur, diðer yönde hiçbir deðer okunamazsa (ya da O.L: Açýk devre, 1,2 V gibi deðerler de görülebilir) eleman saðlam demektir. Ayrýca ölçüm sýrasýnda B-E eþik geriliminin B-C geriliminden biraz büyük olduðu görülür. Bu özellik sayesinde E ve C uçlarýný kolayca belirleyebiliriz. Örnek olarak ölçü aleti komütatörü diyod konumundayken yapýlan ölçümlerde, -BC547 kodlu transistörde U BE = 582 mv, U BC = 576 mv -2N3055 kodlu transistörde U BE = 455 mv, U BC = 447 mv olarak okunmuþtur. 79

88 Wm Wm Transistörlerin saðlamlýk testinde B-C-E ayaklarýnýn iki yönlü ölçümünde alýnmasý gereken deðerlerin üç farklý þekilde ifade edilmesi: E-C: 50 kw -200 kw / 50 kw -200 kw B-C: 300 W W / 50 kw -200 kw B-E: 300 W W / 50 kw -200 kw E-C: Büyük W -büyük W B-C: Küçük W -büyük W B-E: Küçük W -büyük W C-E: W - W B-C: 0 W - W B-E: 0 W - W Þekil 4.20:Transistörlerin saðlamlýk testinin analog (ibreli) ohmmetreyle yapýlýþý Çizelge 4.1 Ek Bilgi Bir transistör devreye baðlýyken ohmmetre kullanýlarak saðlamlýk testi yapýlacak olursa yanlýþ sonuçlar okunabilir. Ancak ölçme komütatöründe diyod sembolü bulunan bir ölçü aletiyle eleman sökülmeden saðlamlýk testi yapýlabilir. Þöyle ki; ölçü aletinin komütatörü diyod iþaretinin bulunduðu konuma getirilir. B-E, B-C ayaklarý arasýnda yapýlan ölçümlerde P-N birleþim yüzeylerinde düþen gerilimler mv cinsinden (yaklaþýk mv) okunursa eleman saðlamdýr. Transistörlerin Tipinin Belirlenmesi Avometre komütatörü ohm kademesine alýnýr (x1k ya da x10k konumlarý) B ucuna artý (+) prob, C ya da E ucuna ise eksi (-) prob deðdirilir. Küçük direnç okunursa (300 W W ) transistör NPN, büyük direnç okunursa (50 kw -200 kw ) PNP dir. Transistörlerin E-C-B Uçlarýnýn Bulunmasý Transistörlerin E-C-B uçlarýný bulmada kullanýlan yöntemler þunlardýr: a. Metal Gövdeli Transistörlerde Ayaklarýn Bulunuþu Dýþ gövdesi metal olan transistörlerin kolektör ucu gövdeye baðlýdýr. Ölçü aletinin bir ucu gövdeye deðdirilip diðer uç üç ayaða rastgele deðdirilerek ölçümler yapýlýr. Her iki yönlü ölçümde de 0 (sýfýr) ohmluk direncin okunduðu uç kolektör olarak saptanýr. Daha sonra üç ayak kendi arasýnda ölçülür. Her iki yönlü olarak yapýlan ölçümlerde çok yüksek direnç (50 kw -200 kw ) gösteren uçlar bulunduðunda kolektör belirlenmiþ olduðuna göre diðer uç emiterdir. Geride kalan üçüncü uç ise beyzdir. b. Kataloglara (Data Book, Hand Book) Bakarak Ayaklarýn Bulunuþu Transistör kataloglarýnda her modelin ayaklarýnýn diziliþ þekli vardýr. Katalog kullanýlarak 80

89 yapýlan uç belirleme hem çok pratik hem de saðlýklýdýr. Pratik uygulamalarda kullanýlan transistör sayýsý onbinlerce olmasýna raðmen, radyo, TV, video gibi yaygýn olan cihazlarda kullanýlan transistör sayýsý bir kaç yüzü geçmemektedir. I C maks= 150 ma Pmaks= 250 mw Pmaks= 500 mw I C maks= 50 ma ÇÝzelge 4.2: Transistör ayaklarýnýn kataloða bakýlarak belirlenmesi c. Parmak Yöntemiyle Ayaklarýn Bulunuþu Aþaðýda verilen üç yöntem kataloglarda özelliði bulunamayan transistörlerin uçlarýnýn bulunmasýnda kullanýlýr. I. Transistör NPN ise Parmak Yöntemiyle Ayaklarýn Bulunuþu Önce büyük ohm - büyük ohm gösteren uçlar bulunur. Bunlar C ve E, diðer uç ise B'dir. Bundan sonra ohmmetrenin problarý (siyah ve kýrmýzý) rastgele E ve C olduklarý bilinen uçlara deðdirilir. Baþ parmak siyah proba deðdirilerek, iþaret parmaðý ile B ucuna tetikleme uygulanýr. Bu durumda aletin gösterdiði direnç çok azalýyorsa baþ parmaðýn ve siyah probun temas hâlinde olduðu transistör ayaðý C'dir. II. Transistör PNP ise Parmak Yöntemiyle Ayaklarýn Bulunuþu Yukarýdaki iþlemin benzeri yol izlenir. Farklý olan þudur: Bu kez baþ parmak kýrmýzý proba temas eder. Ýþaret parmaðýyla yapýlan tetiklemede ohmmetre düþük direnç göstermeye baþladýðýnda baþ parmaðýn ve kýrmýzý probun temas hâlinde olduðu transistör ayaðý E'dir. d. Gövde Üzerindeki Ýþaretlere Bakarak Ayaklarýn Bulunuþu Metal gövdeli bazý transistörlerde emiter ucu týrnak olan yere yakýn olan ayaktýr. Bunun karþýsý kolektör, ortadaki ise beyzdir. Eski tip transistörlerin gövdesinde ise küçük bir kýrmýzý benek bulunur. Bu benek C'yi gösterir. C'nin karþýsýndaki uç E, ortadaki uç ise B'dir. E B C 2N2222 2N2219 2N2905 BC109 BC178 2N3053 Þekil 4.21: Transistörlerin ayaklarýnýn gövde üzerindeki iþaretlere bakýlarak bulunuþuna iliþkin örnek þekil e. Dijital Multimetre Kullanýlarak Ayaklarýn Bulunuþu Ölçme komütatöründe diyod sembolü olan AVOmetreyle iþlem yapýlýr. Problarla B-E ve B- C arasý gerilim ölçümleri yapýlýr. B-E arasý gerilim, B-C arasý gerilim deðerinden biraz büyük çýkacaðýndan E ve C uçlarý saptanabilir. Transistörlerin Gövde (Kýlýf) Biçimleri Az güç harcayan transistörler küçük ve plâstik gövdeli, yüksek güç harcayanlar ise metal gövdeli olarak üretilmektedir. 81

90 TO-05 1: emiter 2: beyz 3: kolektör TO-39 TO-59 1: emiter 2: beyz 3: kolektör Þekil 4.22: Transistörlerin gövde þekillerine iliþkin örnekler Transistör gövdeleleri, SOT-32, TO-1, TO-3, TO-5, TO-12, TO-17, TO-18, TO-39, TO-46, TO-59, TO-60, TO-63, TO-72, TO-77, TO-92, TO-107, TO-126, TO-202AC, TO220, TO-236 vb. þeklinde kodlanmýþtýr. Þekil 4.22'de gövde þekillerine iliþkin örnekler verilmiþtir. Üretici firmalar, her bir transistörün özellikleri ve uç baðlantýlarýný belirtmek için bilgi formlarý hazýrlarlar. Baðlantýlarda hata yapmamak için bu kataloglara bakmak gerekir. Çünkü ayný paket tipinde deðiþik ayak sýralamalarý söz konusu olabilmektedir. Transistörlerin Soðutulmasý Transistörlerin gövdesi, çalýþmadan dolayý az ya da çok ýsýnýr. Bu hem transistörün baðlý olduðu devrenin düzgün çalýþmasýný engeller hem de elemanýn kýsa sürede tahrip olmasýna yol açar. Aþýrý ýsýnan transistörde bütün akýmlar yükselir ve çalýþma noktasý deðiþir. Kataloglarda verilen transistör deðerleri 25 C luk sýcaklýk deðerinde geçerlidir. Transistörlerde oluþan ýsýyý gidermek için gövde üzerine resim 4.2'de görüldüðü gibi alüminyum alaþýmýndan yapýlmýþ, ýsý emiciliði iyi plâkalar (heat sink) monte edilir. Metal gövdeli transistörlerin gövdesi ayný zamanda kolektör ucu olduðundan bu ucun metal soðutucuya elektriksel bakýmdan deðmemesi için araya þekil 4.23'te görüldüðü gibi, ýsýyý geçiren ancak akýmý geçirmeyen izolatörler (yalýtkan) konur. vida transistör yalýtkan alüminyum soðutucu Resim 4.2: Transistör soðutucularý Þekil 4.23: Isýyý geçiren ancak akýmý geçirmeyen izolatör (yalýtkan) örnekleri 82

91 Transistörlerin gövdesindeki ýsýnýn çok kolayca soðutucu plâkaya geçmesini saðlamak için ise resim 4.3'te verilen krem görünümlü kimyasal maddeler kullanýlýr. Herhangi bir devrede, Resim 4.3: Transistörün gövdesinde oluþan ýsýnýn soðutucuya transistör sembolünün etrafýnda geçmesini kolaylaþtýran krem þekil 4.24'te görüldüðü gibi kesik görünümlü kimyasal madde çizgili bir daire varsa soðutucu plâkaya gereksinim olduðu anlaþýlýr. B C E Þekil 4.24: Soðutuculu transistör sembolü Transistörlerin Lehimlenmesi Lehimleme iþleminde iyi kalite lehim kullanýlmalý ve iþlem çok çabuk yapýlmalýdýr. Kullanýlacak havyanýn ucu eðe ya da zýmpara ile pastan (küf) temizlenmiþ olmalýdýr. Kötü bir lehimleme iþciliðinde soðuk lehim olarak tanýmlanan durum ortaya çýkar. Soðuk lehim nedeniyle bir süre sonra devrede temassýzlýk oluþur. Elektronik cihaz onarýmcýlarý arýza ararken, soðuk lehim oluþmuþtur düþüncesiyle þüphelendikleri yerlerin lehimlerini yeniden yaparlar. Özellikle TV'lerde, besleme ve yüksek gerilim trafolarý titreþtiðinden ve aþýrý ýsýndýðýndan, bunlarýn bulunduðu bölgedeki lehimlerde çatlamalar oluþur. Bu da temassýzlýk yaparak cihazý arýzalandýrýr. Eðer arýzalý bir elektronik aygýt, gövdesine vurunca ya da elemanlarýn baðlý bulunduðu plâket (emprime) esnetilince çalýþýyorsa büyük olasýlýkla soðuk lehim söz konusudur ya da baskýlý devrenin bakýr yollarý kýrýlmýþtýr. Transistörlerin Harcadýðý Güç (Özgüç Tüketimi) Her transistörün belli bir güç harcama kapasitesi vardýr. Buna disipasyon gücü denir. Küçük güçlü transistörlerin harcadýðý gücün deðeri düþüktür. Büyük güçlü transistörler ise yüksek güç harcarlar. Transistörde harcanan güç ýsý þeklinde ortaya çýkar. Isýnan transistör ise devrenin çalýþmasýný olumsuz etkilediðinden ýsýnýn daðýtýlmasý için soðutucular kullanýlýr. Transistörlerin Güce Göre Sýnýflandýrýlmasý I. Küçük güçlü transistörler: 0-1 W arasý güç harcarlar. Örnekler: BC237 (0,3 W), AC128 (1 W)... II. Orta güçlü transistörler: 1-20 W arasý güç harcarlar. Örnekler: 2N1700 (5 W), BD135 (12,5 W), MJE 240 (15 W)... III. Yüksek güçlü transistörler: 20 W ýn üzerinde güç harcarlar. Örnekler: 2N3055 (117 W), 2N1722 (50 W)... Transistörlerde Kazanç Transistörlerin beyzine uygulanan akýma göre C-E arasýndan bir akým geçiþi olur. Ýþte bu iki akýmýn iliþkisine kazanç denir. Þimdi transistör kazançlarýný inceleyelim. a. b (Beta) Akým Kazancý Transistörler, B ucuna uygulanan akýma (tetikleme sinyali) göre C-E arasýndan daha büyük 83

92 bir akým geçirir. Ýþte bu durum kazanç olarak adlandýrýlýr. Baþka bir deyiþle, kolektör akýmýnýn beyz akýmýna oraný b olarak ifade edilir. Transistörlerin b akým kazancý kabaca arasýnda deðiþir. Beta akým kazancý kataloglarda h FE olarak da gösterilir. b akým kazancýnýn hesaplanmasýnda kullanýlan denklem: b = Çýkýþ devresi akým deðiþmeleri / Giriþ devresi akým deðiþmeleri b = DI C /DI B ya da b = I C /I B dir. Birimi yoktur. Basitçe açýklarsak, B ucuna 1 ma uygulandýðýnda C-E arasýndan 250 ma geçirebilen transistörün kazancý 250 olmaktadýr. Örnek: I B = 3 ma I C = 900 ma Çözüm: b = I C /I B = 300 Örnek: Kolektör akýmý I C = 10 ma, beyz akýmý I B = 80 ma (0,08 ma) olan transistörün beta akým kazancýný bulunuz. Çözüm: b= I C /I B = 10/0,08 = 125 Örnek: Beta (b) akým kazancý 100, beyz akýmý 50 ma olan transistörün kolektör akýmýný bulunuz. Çözüm: I C = b.i B = = 5000 ma = 5 ma b. a (Alfa) Akým Kazancý Kolektör akýmýnýn emiter akýmýna oranýdýr. Emiter ucundan hem beyz akýmý, hem de kolektör akýmý geçtiðinden bu akým (I E ) kolektör akýmýndan biraz büyüktür. Denklemi: a = I C / I E dir. Birimi yoktur. Beyzi þaseye baðlý tip transistörlü yükselteçlerde a akým kazancý 0,85-0,998 arasýndadýr. Örnek: I B = 1 ma, I C = 100 ma, I E =?, a =? Çözüm: I E = I B + I C = 101 ma. a = I C /I E = 100/101 = 0,99 Örnek: Silisyumdan yapýlmýþ transistörün I C akýmý 1 ma, I B akýmý 20 ma dir. b, I E ve a'yý bulunuz. Çözüm: b = I C / I B = 1 / 0,02 = 50 I E = I B + I C = 0, = 1,02 ma a = I C / I E = 1 / 1,02 = 0,98 Transistör Kazançlarýnýn Birbirine Dönüþtürülmesi Yükselteç hesaplamalarýnda kazanç deðerinin birisi hesaplandýktan sonra diðer sonuçlar aþaðýda verilen denklemlerle kolayca bulunabilir. Denklemler tamamen birbirinden türetilmektedir. Ancak bu teorik ispatlar üzerinde durulmayýp denklemler doðrudan verilmiþtir. a = b/(b+1) b = a/1-a Örnek: Silisyumdan yapýlmýþ transistörün beta akým kazancý 50, emiter akýmý 3 ma dir. Kolektör akýmýný bulunuz. 84

93 Çözüm: a = b / (b + 1) = 50 / (50 +1) = 0,98 a = I C /I E denkleminden, I C çekilerek, I C = a.i E = 0,98.3 = 2,94 ma olarak bulunur. Örnek: Alfa (a) akým kazancý 0,95 olan bir transistörün beta (b) akým kazancýný bulunuz. Çözüm: b = a /(1-a) = 0,95 / 1-0,95 = 19 Transistörlerin Beta Akým Kazancýnýn Belirlenmesi a. Devre Kurarak Kazanç Belirleme Þekil 4.25'te verilen devrede I B ve I C akýmlarý hassas (kaliteli) ampermetreyle ölçülür ve beta akým kazancýný bulmada kullanýlan denklem ile kazanç belirlenir. b. Ölçü Aletiyle Kazanç Belirleme Çok fonksiyonlu ölçü mikro ampermetre R B = 1-2,2 kw + - U BB A 1,5 V P kw NPN miliampermetre A 5-12 V + U CC Þekil 4.25: Transistörün beta (b) akým kazancýnýn devre kurarak belirlenmesi aletlerinde (multimetre) transistör kazancýný ölçme soketleri (yuva, pin) vardýr. Transistör ayaklarý bu soketlere doðru olarak yerleþtirilir. Aletin komütatörü h FE konumuna alýnýr ve kazanç belirlenir. Bazý transistörlerin b akým kazançlarý þöyledir: AC188 (PNP) : 100 BC107 (NPN) : 110 BC140 (NPN) : 40 BC160 (PNP) : 40 BC237 (NPN) : 110 BC238 (NPN) : 110 BC308 (PNP) : 75 BC547 (NPN) : 110 BC548 (NPN) : 110 MJ2955 (PNP) : 5 2N3055 (NPN) : 20 MJ2501 : 10 - B. Transistörlerle Yükselteç Yapýmý Transistörlerde beyzden akým geçmezken kolektör akýmý da sýfýr (0) deðerindedir. Beyz akýmý arttýkça kolektörden emitere doðru geçen akým da yükselmeye baþlar. Bu olaya akým yükseltme kat sayýsý denir. Yüzey temaslý (bipolar) transistörlerde beyz için çok küçük de olsa bir akým gereklidir. Yani bu elemanlar akým kontrollüdür. Bipolar C giriþ R B Yükseltilecek sinyal buradan uygulanýr. U giriþ 85 DC polarma direnci NPN T TR C çýkýþ Yükseltilmiþ sinyal buradan alýnýr. Þekil 4.26: NPN transistörlü emiteri þase yükselteç devresi yük direnci

94 transistörlerden daha üstün yapýda olan FET ve MOSFET'lerde ise kontrol ucu olan gate (G), gerilim kumandalý olduðundan bu elemanlar transistörlere oranla çok az güç harcarlar. Bu özellikleri sayesinde kontrol (G) uçlarý akým çekmez. Bir transistör yükselteç olarak kullanýlacaðý zaman üç deðiþik þekilde baðlanabilir. Bunlar: I. Emiteri ortak (þase) baðlama, II. Beyzi ortak (þase) baðlama, III. Kolektörü ortak (þase) baðlamadýr. Ortak sözcüðü transistörün hangi ucunun þaseye baðlý olduðunu belirtir. Her baðlantýnýn özellikleri geniþ olarak kitabýn 6. bölümünde açýklanmýþtýr. Transistörlerde yükseltme iþlemi en kolay biçimde þekil 4.26'daki emiteri þase baðlantýlý devreyle anlatýlabilir. Emiteri þase baðlantýda devrede I B, I C ve I E akýmlarý dolaþmaktadýr. I B akýmý DC tetikleme akýmý olup I C akýmýnýn geçiþini saðlamaktadýr. I E akýmý ise I B ve I C akýmlarýnýn toplamýdýr. Þekil 4.26'daki devrede I B polarma akýmýnýn deðeri, I B = (U BB -U BE )/R B denklemiyle bulunabilir. Devrede kullanýlan transistör silisyum ise U BE = 0,6-0,7 volt olarak kabul edilebilir. Verilen devrenin çýkýþ bölümünün akým (I C, I E ), gerilim (U C, U CE ) deðerlerini bulmak için kullanýlan transistörün beta (b) ya da alfa (a) akým kazancýnýn bilinmesi gerekir. Beta akým kazancý biliniyorsa: b = I C /I B denkleminden I C çekilerek, I C = b.i B yazýlýp kolektör akýmý bulunabilir. I C akýmýnýn bulunmasýyla R C direncinde düþen U RC gerilimi ve transistörün C-E uçlarý arasýnda düþen U CE gerilimi aþaðýda verilen denklemlerle bulunabilir. U RC = I C.R C U CE = U CC -U RC Transistörlerin Darlington Baðlanmasý Transistörlerin ard arda baðlanmasýyla daha güçlü, hassas ve yüksek kazançlý transistörler yapýlabilir. Þekil 4.27'de iki transistörün darlington baðlanýþý görülmektedir. Darlington baðlý iki transistörün toplam kazancý, b toplam = b 1.b 2 denklemiyle bulunur. Not: Birinci transistör çok düþük kolektör akýmýnda çalýþmak zorunda olacaðýndan baðlantýnýn kazancý b 1.b 2 deðerinden biraz daha küçük olmaktadýr. Piyasada darlington baðlý olarak üretilmiþ transistörler de vardýr. Þekil 4.27: Transistörlerin darlington baðlanmasý B C E Þekil 4.28: Darlington baðlý transistör sembolü Örnek: b 1 = 250, b 2 = 100 olan iki transistör darlington baðlanmýþtýr. b toplam nedir? Bulunuz. Çözüm: b toplam = b 1.b 2 = = Pratikte Kullanýlan Darlington Baðlý Bazý Transistörlerin Özellikleri NPN tipi -BC875 (60 V / 1 A / 0,8 W / 200 MHz) -BD645 (80 V / 8 A / 62,5 W / 7 MHz / C-E uçlarý arasý gövde içinde diyodla korumalý) -BD675 (45 V / 4 A / 40 W / 7 MHz / C-E arasý gövde içinde diyodla korumalý) -BU808 (1400/700 V / 5 A / 50 W) 86

95 PNP tipi -BD902 (100 V / 8 A / 70 W / 1 MHz / C-E arasý gövde içinde diyodla korumalý) -MJ2501 (80 V / 10 A / 150 W) Diyodlu Güç Transistörleri Bobinleri ve trafolarý beslemede kullanýlan güç transistörlerinin bazý modellerinde C-E ayaklarý arasýna gövde içinden paralel olarak þekil 4.29'da görüldüðü gibi diyod baðlanmaktadýr. Diyod, bobinlerin oluþturduðu yüksek indüksiyon gerilimlerini kendi üzerlerinden (ters yönde) geçirerek transistörün zarar görmesini (C-E arasýnýn yüksek polarma gerilimi nedeniyle bozulmasýný) engeller. Kataloglarda diyodlu tip transistörlerin özellikleri açýklanýrken, di kýsaltmasý kullanýlýr. fotodiyod di C C ýþýk B B E E Þekil 4.29: Diyodlu güç transistörü Þekil 4.30: Fototransistör sembolleri Þekil 4.31: Fototransistörün iç yapýsý Fototransistörler Beyz ucuna ýþýk düþtüðünde C-E arasýndan akým geçiþini saðlayan elemanlardýr. Fotodiyodlardan farklý olarak ýþýkla üretilen akýmý yükseltme yaparlar. Bu üzellikleri sayesinde fotodiyodlardan çok daha üstündürler. Üç yarý iletkenin birleþiminden oluþan fototransistörlerin C-B uçlarý arasýna baðlanmýþ olan fotodiyoda ýþýk enerjisi (foton) gelebilmesi için beyz ucunun bulunduðu kýsma mercek þeklinde cam yerleþtirilmiþtir. Mercek, ýþýðýn içeriye odaklanarak girmesini saðlamaktadýr. Þekil 4.31'de fototransistörlerin iç yapýsý verilmiþtir. Fototransistörler iki ya da üç bacaklý olarak üretilir. Üç bacaklý olan modellerde mercek boyanacak olursa eleman normal transistör hâline geçer. Mercek boyanmaz ve beyz ucu da devreye baðlanacak olursa beyze iki etki söz konusu olacaðýndan C-E arasýndan geçen akýmýn miktarýndaki deðiþme daha fazla olur. Ýki bacaklý fototransistörlerde (kullaným kolaylýðý bakýmýndan) beyz ucu dýþarýya çýkarýlmamýþtýr. Bu elemanlar TV, video, müzik seti, klima gibi cihazlarýn uzaktan kumanda devrelerinde, gün ýþýðýna duyarlý olarak çeþitli aygýtlarýn ve alarm sistemlerinin çalýþtýrýlmasýnda vb. kullanýlmaktadýr. Fotodiyodlarýn üzerinden geçirebildiði akým mikroamper (ma) düzeyindedir. Fototransistörler ise miliamper düzeyinde bir akým geçiþini mümkün kýlarlar. Akýmýn büyük olmasý baþka bir devreyi çalýþtýrmada (sürmede) kolaylýk saðlar. Fototransistör örnekleri BP103B, BPW40, SFH309, BPY62-2, BPX

96 BP103B Tipi Fototransistörün Karakteristik Özellikleri Kolektör-emiter gerilimi (U CE ): 35 V Kolektör akýmý (I C ): 100 ma Kolektör-emiter sýzýntý akýmý (I CEO ): 5 na Endüstriyel uygulamalarda fototransistör gibi çalýþan fototristör, fototriyak, fotofet vb. gibi elemanlar da kullanýlmaktadýr. Resim 4.4: Uygulamada kullanýlan çeþitli fototransistörler Þekil 4.32: Darlington fototransistör sembolü Darlington Fototransistörler Bir fototransistör ile normal transistörün arka arkaya baðlanmasýyla elde edilen devre elemanlarýna darlington fototransistör denir. Bu elemanlarýn ýþýða karþý duyarlýlýklarý normal fototransistörlere oranla çok fazladýr. Þekil 4.32'de darlington fototransistör sembolü verilmiþtir. C. Transistörlerin Elektriksel Karakteristikleri Herhangi bir transistörün özelliklerinin ortaya çýkarýlabilmesi için karakteristik ile ilgili deneylerden yararlanýlmaktadýr. Bu deneyler þunlardýr: a. Statik ve Dinamik Karakteristik Deneyleri Transistörlerin giriþ, çýkýþ akýmlarý, gerilimleri ve güçleri hakkýndaki bilgileri almak için yapýlýr. Statik karakteristik deneyleri sadece DC ile çalýþma, dinamik karakteristik deneyleri ise DC besleme ve AC giriþ sinyali ile çalýþma durumundaki özellikleri ortaya koymaktadýr. b. Isýl (Termik) Karakteristik Deneyleri Isýnan bir transistördeki deðiþimlerin ortaya konmasý için yapýlan deneylerdir. Uygulamada kullanýlan transistörlerde ortam sýcaklýðýnýn her 8 C luk artýþýnda kolektör-emiter arasý kaçak akým (beyz tetikleme akýmý sýfýr iken) yaklaþýk iki kat artmaktadýr. Örneðin germanyumdan yapýlmýþ bir transistörde 25 C luk ortamda kaçak akým I CEO = 0,3 ma dolayýndadýr. Ortam sýcaklýðý 33 C olduðunda ise kaçak akým I CEO = 0,6 ma e yükselmektedir. Görüldüðü üzere transistörün gövde sýcaklýðý arttýkça I CEO kaçak akýmý da artmaktadýr. (I CEO : Beyz akýmý 0 A iken C-E arasýndan geçen akým deðeri) Sýcaklýðý artan transistörlerin verebileceði güç azaldýðýndan, devrenin çalýþmasýndaki denge az ya da çok bozulur. Transistör kataloglarýnda verilen maksimum dayanma güçleri 25 C daki deðerlerdir. Bu sýcaklýk deðeri küçük güçlü transistörlerde ortam sýcaklýðýný, büyük güçlü transistörlerde ise elemanýn gövde sýcaklýðýný belirtir. c. Frekans Karakteristik Deneyleri Elektronik devrelerin çalýþma frekanslarý farklý farklýdýr. Örneðin radyonun devresiyle TV 88

97 devresinin çalýþma frekanslarý farklý olmaktadýr. Elektronik devrelerde kullanýlan transistörlerin frekanslarý yükseldikçe güç kazançlarý düþmekte, fiyatlarý ise artmaktadýr. NPN transistörlerde elektrik yükleri elektronlar tarafýndan taþýnýrken, PNP transistörlerde oyuklar tarafýndan taþýnýr. Elektronlar oyuklara göre biraz daha hýzlý hareket edebildiklerinden yüksek frekanslý devrelerde daha çok NPN tip transistörler kullanýlmaktadýr. d. Limit (Sýnýr) Karakteristik Deneyleri Günümüzde binlerce çeþitte transistör elektronik sistemlerde kullanýlmaktadýr. Kullanýlan elemanlarýn teknik özellikleri kataloglarda bulunur. Eðer bir transistör aþýrý yük altýnda kalýr ya da anormal koþullar altýnda çalýþtýrýlýrsa bozulmaktadýr. O nedenle elemanýn sýnýr (limit) deðerlerinin üzerine çýkmaktan kaçýnýlmalýdýr. Bozulan bir transistörün aynýsý bulunamaz ise muadili (eþ deðeri, karþýlýðý) olan eleman seçimi yapýlýrken limit deðerlerinin uygun olup olmadýðýna dikkat edilmelidir. Kataloglarda bulunan limit deðerleri þunlardýr: Maksimum kolektör gerilimi (V Cmax, U Cmax ), maksimum kolektör akýmý (I Cmax ), maksimum dayanma gücü (P max ), maksimum C-B birleþim bölgesi sýcaklýðý (T jmax ), maksimum C-B gerilimi (V CBmax, U CBmax ), maksimum E-B gerilimi (V EBmax, U EBmax ), kazanç (b, h FE ) Bazý transistörlerin limit karakteristik deðerleri þöyledir: Adý Tipi U CBmax U CEmax U EBmax I Cmax b (h FE) BC140 NPN 80V 40V 7V 1A 40 BC141 NPN 100V 60V 7V 1A 40 BC237 NPN 50V 45V 6V 100 ma 110 BC308 PNP 30V 25V 5V 100 ma 75 BC547 NPN 50V 45V 6V 100 ma 110 2N3055 NPN 100V 60V 7V 15 A 20 BD135 NPN 45V 45V 5V 1A 40 BD136 PNP 45V 45V 5V 1A 40 Transistörlerin Yükselteç Olarak Çalýþtýrýlmasý Durumunda Yapýlan Hesaplamalarda Kullanýlan Dört Bölge Statik Karakteristik Eðrileri Transistörlü yükselteçlerin özelliklerini ve teknik deðerlerini tam olarak ortaya koyabilmek için dört adet deney yapýlarak dört tane karakteristik eðrisi çýkarýlýr. Þekil 4.34'te görülen eðrilere kýsaca dört bölge karakteristikleri denir. Dört bölge karakteristik eðrileri üretici firmalar tarafýndan her transistör için çýkarýlýp kataloglarda yayýnlanýr. Bundan amaç transistörlü devre tasarýmcýlarýnýn iþini kolaylaþtýrmaktýr. Dört bölge statik karakteristiklerinin iyi bilinmesi yükselteç tasarým ve üretiminde hesaplamalarýn kolayca yapýlabilmesini saðlar. Yükselteç devrelerinde kullanýlan transistörlerin dört bölge karakteristikleri þekil 4.33'te verilen baðlantý þemasýyla bulunabilir. 89

98 Transistörlerin Dört Bölge Karakteristik Eðrilerinin Bölümleri T ma a. I. Bölge (Çýkýþ) Karakteristiði Kolektör akýmý ve kolektör-emiter gerilim iliþkisini, yani, U CE çýkýþ geriliminin deðiþimine göre, I C çýkýþ akýmýndaki deðiþimi gösterir. Sonuçta, R çýkýþ =U CE /I C denklemi kullanýlarak yükseltecin çýkýþ direnci (empedansý) saptanýr. Transistörlü Yükselteçlerin DC Yük Doðrusunun Çizimi Yük doðrusunun çizimi için transistörün kesim ve doyumda olduðu noktalar saptandýktan sonra iki nokta þekil 4.35'te görüldüðü gibi birleþtirilir. Birleþtirilen iki nokta arasýndaki doðruya DC yük doðrusu denir. Belirlenen deðerlere göre transistörün çalýþmasý bu hat üzerinde olur. Yani, I C 'nin deðiþimine karþýlýk gelen U CE deðerinin deðiþimi bu U BB kw Þekil 4.33: Transistörlerin dört bölge karakteristik eðrilerinin çýkarýlmasýnda kullanýlan deney baðlantý þemasý U CE = 6 V (sabit) sabit I B (ma) 3. bölge hat üzerinde olur. I C 'nin deðiþimine karþýlýk gelen U CE deðerinin deðiþimi yine bu hat yardýmýyla belirlenir. P 2. bölge U CE = 6 V (sabit) Þekil 4.34: Transistörlerin emiteri ortak baðlantýlý çalýþmasýnda dört bölge karakteristik eðrileri Transistörün Çalýþma Noktasý Yük doðrusu üzerinde bulunan, transistörün hangi çýkýþ akýmý ve gerilimi ile çalýþtýðýný gösteren noktaya çalýþma noktasý denir. 90 doyum bölgesi aktif bölge 1. bölge kesim bölgesi 4. bölge U CC I B =80 ma I B =10 ma

99 Ýki noktanýn bulunuþu þöyledir: I. I B akýmý sýfýr (0) yapýlýr. Bu durumda I C akýmý da sýfýrdýr. U CE = U CC - I C.R C den I C = 0 A iken U CE = U CC olur. II. R B 'nin direnç deðeri ayarlanarak I B akýmý doyum noktasýna getirilir. Bu durumda U CE = 0 volt ya da sýfýra yakýn düzeyde olur. Buna göre denklem yazýlýrsa: 0 = U CC -I C.R C I Cdoyum = U CC /R C olur. Ardýndan, yukarýda hesaplanan iki deðer 1. bölge karakteristik eðrileri üzerinde çizilerek yük doðrusu bulunabilir. Sonuç olarak, transistörün beyz ucuna Þekil 4.35: Deðiþik beyz akýmlarýna göre I C akýmýyla U CE geriliminin deðiþiminin belirlenmesi ve yük doðrusunun çizimi uygulanan akýma göre C-E arasýndan geçen akým (I C ) deðiþir. Beyz akýmý sýfýr olduðunda transistörün I C akýmý sýfýr olur ve U CE büyür. Çalýþma noktasý yatay eksene doðru yaklaþýr. Beyz akýmý artýrýldýðýnda I C akýmý artar ve U CE gerilimi azalýr. Çalýþma noktasý dikey eksene doðru yaklaþýr. b. II. Bölge Karakteristiði Kolektör akýmýyla beyz akýmýnýn iliþkisini, yani I B giriþ akýmýndaki deðiþime göre, I C çýkýþ akýmýndaki deðiþimi gösterir. 2. bölge karakteristik eðrisini çýkarmak için deney yapýlýrken ilk önce U CE uçlarýna baðlý olan U CC kaynaðýnýn gerilimi 6 volta ayarlanýr. U BB kaynaðý ile I B akýmý 10 ma yapýlýp I C akýmý okunur. U BB ayarlanarak I B akýmý 20, 30, 40, 50, 60 ma deðerleri için I C akýmý okunup kaydedilir. Ölçümler yapýldýktan sonra alýnan rakamlar karakteristik eðrisine aktarýlýr ve þekil 4.34'teki ikinci bölge eðrisi çýkarýlýr. Sonuçta b = I C /I B kullanýlarak yükseltecin b akým kazancý bulunur. c. III. Bölge (Giriþ) Karakteristiði Beyz-emiter gerilimi, beyz akýmý iliþkisini, yani, U BE giriþ gerilimindeki deðiþime göre, I B giriþ akýmýndaki deðiþimi gösterir. Sonuçta, R giriþ = U BE /I B denklemi kullanýlarak yükseltecin giriþ direnci (empedansý) saptanýr. Alýnan deðerler ile þekil 4.34'teki grafik çizilerek U BE -I B karakteristiði elde edilir. Þekil 4.34'teki üçüncü bölge grafiðine bakýlacak olursa silisyum transistörün beyzine uygulanan gerilim 0,6-0,7 V olduðunda iletim (I B akýmýnýn artýþý) söz konusu olmaktadýr. d. IV. Bölge Karakteristiði U BE giriþ gerilimindeki deðiþime göre, U CE çýkýþ gerilimindeki deðiþimi gösteren karakteristiktir. Þekil 4.34'deki eðrileri çýkarýrken U BB ayarlanarak I B akýmý 10 ma yapýlýr. Sonra U CC ayarlanarak U CE gerilimi eþit aralýklarla ayarlanýp her U CE deðerine karþýlýk gelen U BE gerilim deðerleri çizelgeye yazýlýr. Ayný iþlem çeþitli I B deðerleri için tekrarlanýr. Alýnan deðerlere göre transistörün 4. bölge karakteristik eðrisi çýkarýlýr. 91

100 Transistörlerin Çalýþma Noktalarý a. Kesim (Cut Off) Noktasý Bu durumda beyz (B) ucunda tetikleme yoktur ve C-E arasýndan akým geçmemektedir. Yani eleman yalýtkandýr. b. Doyum (Saturasyon, Saturation) Noktasý Transistörün beyzine uygulanan tetikleme akýmý maksimum düzeydedir ve C-E arasý iletkendir. Transistör, taþýyabileceði en yüksek akýmý geçirmektedir. c. Aktif Çalýþma Noktasý Transistör kesim ile doyum noktalarý arasýnda sürekli olarak deðiþkenlik gösterecek biçimde çalýþmaktadýr. Yükselteç devresinde kullanýlan bir transistör sürekli olarak aktif bölgede çalýþýr. D. Transistörlerin Çeþitli Kullaným Alanlarý a. Transistörlerin Anahtarlama (On-Off) Elemaný Olarak Kullanýlmasý Transistörün kesim (yalýtým) ve doyum (tam iletim) durumunda olmasý, elemanýn anahtarlama yapýcý olarak çalýþtýrýlmasýdýr. Aktif bölgede çalýþma ise yükselteç devrelerinde geçerlidir. Anahtarlama elemaný olarak kullanýlacak transistörün açma kapama (on-off) zamanlarýnýn çok kýsa olmasý gerekir. Özellikle yüksek frekanslý devrelerde, zaman rölelerinde, periyodik çalýþan sistemlerde, dijital düzeneklerde açma kapama süreleri çok önemlidir. Alýcýlarý mekanik anahtarlarla ve þalterlerle çalýþtýrýp durdururuz. Yük (R out, R y, R L ) büyüdükçe yüksek akýmlý anahtar (þalter) kullanmak gerekir. Bu ise devrede hem çok yer kaplar hem de maliyeti artýrýr. Ýþte bu nedenle uygulamada transistör, tristör, triyak vb. gibi elemanlar kullanýlarak küçük bir anahtarla büyük alýcýlara kumanda edilebilmektedir. Büyük akýmýn geçtiði þalterlerin olumsuz yönleri þunlardýr: I. Þalter açýlýp kapatýlýrken büyük fiziksel kuvvet gerekir. II. Açýlýp kapanma esnasýnda gürültü, kývýlcým, ark (þerare) olur V - Þekil 4.36: Transistörün anahtar olarak çalýþtýrýlmasý III. Kontaklar ark nedeniyle belli bir süre sonra geçirgenliðini kaybeder (bozulur). Þekil 4.36'da verilen devrede S mini anahtarýyla L alýcýsý (led, lâmba, ýsýtýcý, motor vb.) çalýþtýrýlabilir. Þöyle ki; S kapatýlýnca transistörün beyzine küçük bir akým gider. Bu akým transistörün C-E uçlarý arasýndan yüksek deðerli bir akým geçmesine neden olur. Bu sayede L alýcýsý çalýþmaya baþlar. Aslýnda anahtarlama iþlemi sadece alýcý çalýþtýrmayla sýnýrlý deðildir. Þöyle ki; bazý devrelerde osilasyonlu (salýnýmlý) sinyaller elde edebilmek için transistörlü aç kapa (on-off) yapýcý devreler kullanýlýr. Yani transistör C-E arasýndan geçen akýmý sürekli verir keser. Bu iþleme de anahtarlama denir. Transistöre Baðlanan Yüklerin Çeþitleri ve Özellikleri Transistörlü devrelerde alýcý olarak baðlanan yüklerin herbirinin kendine göre özellikleri vardýr. Örneðin bir lâmba ile bir rölenin transistör üzerindeki etkileri farklý olmaktadýr. Þimdi bu yüklerin etkilerini inceleyelim. S 10 kw 10 kw 330 W L NPN BC547 92

101 I. Omik Özellikli Yükler Devrenin çalýþmasý normaldir. Açma kapama esnasýnda elektriksel olarak bir lineerlik (doðrusallýk) söz konusudur. Yani alýcý üzerine düþen gerilim arttýkça alýcýdan geçen akým artar. Omik alýcýnýn transistör üzerinde herhangi bir yan etkisi söz konusu deðildir. II. Ýndüktif Özellikli (Bobinli) Yükler Anahtarla devreye akým uygulandýðý anda bobin, transistörün aniden iletken olmasýný geciktirir. Bu durum bobinlerin kendine has özelliðinden dolayýdýr. Transistöre uygulanan akým kesildiðinde ise bobin yüksek deðerli bir indüksiyon gerilimi üretir. Oluþan bu gerilimin deðeri bobinin indüktans deðerine (L) baðlýdýr. Bu sebeple bobinin yarattýðý yüksek indüksiyon geriliminin transistöre zarar vermesini engellemek için bobine paralel olarak diyod, kondansatör ya da VDR baðlanýr. (Bobinlerin DC ve AC akýmlara karþý davranýþlarý endüstriyel elektronik kitabýnda açýklanmýþtýr.) III. Kapasitif Özellikli (Kondansatör) Yükler Kapasitif yük, devreye enerji verilince akýmýn yükselmesine neden olur. Açma esnasýnda ise bu yük akýmý hýzla azaltýr. Bunu engellemek için kapasitif özellikli yüke paralel olarak uygun deðerli bir direnç baðlanýr. b. Transistörlerin Ayarlý Direnç Olarak Kullanýlmasý Büyük güçlü alýcýlarýn akým ayarý yüksek akýmlý ve büyük gövdeli reostalarla yapýlabilir. Fakat reostalar hem çok yer kaplar, hem de ek bir enerji tüketir. Ancak, pot ve transistör temeli üzerine kurulu devrelerle daha iyi akým kontrolü yapýlabilir. Þekil 4.37'de verilen devrede P nin deðeri deðiþtirildikçe beyze giden tetikleme akýmý deðiþir ve buna baðlý olarak C den E ye geçen akým ayarlanarak L nin gücü kontrol edilmiþ olur V L T BC547 BD135 R kw P kw R 2 1 kw Þekil 4.37: Transistörün ayarlý direnç olarak kullanýlmasý + - S 9-12 V E. Transistörlerin Yükselteç Olarak Kullanýlmasý Transistörler kullanýlarak teyplerin okuyucu kafasý, mikrofon vb. gibi düzeneklerin ürettiði zayýf elektrik sinyalleri güçlendirilebilir. Örneðin mikrofon, ses dalgalarýný, içindeki mini bobin sayesinde elektrik sinyallerine çeviririr. Bu sinyaller çok küçük deðerli olduðundan hoparlörü besleyemez (süremez). Ýþte bu nedenle araya transistörlü (ya da entegreli) yükselteç devresi konulur. Yükselteç olarak çalýþtýrýlan bir transistörün, I. Akým kazancý, II. Gerilim kazancý, III. Güç kazancý saðlamasý istenir. Transistörlerin yükselteç olarak kullanýlmasýyla ilgili geniþ bilgi 6. bölümde verilmiþtir. F. Transistörün Çalýþma Kararlýlýðýný Olumsuz Yönde Etkileyen (Transistörü Bozan) Unsurlar a. Aþýrý Yüklenme (Limit Deðerlerin Üzerine Çýkma) Her transistörün dayanabileceði bir akým, gerilim, frekans deðeri vardýr. Bunlar kataloglarda verilmektedir. Transistöre taþýyabileceði deðerden fazla yükleme yapýlýrsa çalýþmasý 93

102 dengesizleþir. Hatta eleman bozulabilir. Üretici firmalar deðiþik frekans bantlarý (aralýklarý) için ayrý ayrý transistörler yaparlar. Yani her transistörün çalýþma frekansý farklýdýr. Uygulamada kullanýlan transistörler çalýþma frekansý bakýmýndan alçak, yüksek ve çok yüksek frekans (mikro dalga) transistörleri olarak sýnýflandýrýlýrlar. Frekans yükseldikçe transistörün güç kazancý düþmektedir. Ayrýca frekans yükseldikçe elemanýn ayaklarý (elektrotlarý) arasý kaçak kapasite artmaktadýr. Kaçak kapasite etkisini azaltmak için eleman üretilirken beyz yüzeyi olabildiðince ince yapýlýp beyz direnci artýrýlýr. Ayrýca elektrotlarýn (B-E-C) duruþ þekli deðiþtirilir. Ýlave olarak yüksek frekanslý transistörlere dördüncü bir ayak eklenir ve bu ayak montaj sýrasýnda devrenin þasesine baðlanýr. b. Yüksek Sýcaklýk Transistörler ve diðer yarý iletken devre elemanlarý sýcaklýktan olumsuz etkilenirler. Yani sýcaklýk aþýrý artýnca transistörü oluþturan yarý iletkenlerde kovalent baðlarýn bir kýsmý bozulur ve serbest hâle geçen elektron sayýsý artar. Bu ise çýkýþtan alýnan deðerlerin deðiþmesine yol açar. Öte yandan sýcaklýk artýnca kolektör sýzýntý akýmý (I CBO, I CEO ) yükselir. Transistörlü devrelerde iki sýcaklýktan söz edilir. Bunlar, dýþ ve iç sýcaklýktýr. Dýþ sýcaklýk devrenin bulunduðu ortamdan kaynaklanýr. Ýç sýcaklýk ise elemandan geçen akýmýn istenmeyen þekilde artmasýyla oluþur. Germanyum transistörler yaklaþýk 85 C, silisyum transistörler ise yaklaþýk 195 C tan sonra bozulur. Bu nedenle, taþýdýðý akým yüksek olan elemanlar alüminyum alaþýmlý soðutuculara baðlanýr. Hatta çok hassas olan elemanlarýn üzerinde (bilgisayar iþlemcilerinde vb.) fanlý (pervaneli) DC motorlar vardýr. c. Manyetik Alanlar Elektronik devre elemanlarý dýþ manyetik alanlardan olumsuz etkilenirler. Özellikle hassas transistör ve entegreler aþýrý manyetik alanda yanlýþ çalýþmaya baþlarlar. Uygulamada dýþ manyetik alanlarýn bozucu etkisini yok etmek için Faraday kafesiyle ekranlama (perdeleme) yapýlýr ve ekranlayýcý olarak kullanýlan metal kutunun gövdesi þaseyle (eksi uç, toprak, gnd.) irtibatlandýrýlýr. d. Transistörleri Ters Polarma (Ters Gerilimlerle Çalýþtýrma) Transistörün ayaklarýna uygulanan gerilimlerin yönüne çok dikkat edilmelidir. Yanlýþ baðlama yapýlýr ve uygulanan gerilimin deðeri transistörün dayanabileceði maksimum deðerden yüksek olursa eleman tahrip olabilir. e. Kötü Lehim ve Kirlenme Transistörlerin lehimlenmesi düzgün ve çabuk yapýlmalýdýr. Kalitesiz havya ve lehimle yapýlan iþlemde soðuk lehim adý verilen kötü temaslý lehim olur. Bu da devrelerin çabuk arýzalanmasýna yol açar. Lehimleme iþleminden sonra çalýþýlan yer fýrça, tiner, alkol, ispirto vb. temizleyicilerle arýtýlmalýdýr. Toz, nem, güneþ ýþýðý ve yüksek sýcaklýk elektronik devreleri olumsuz etkiler. Çünkü, toz ve nem birleþtiði zaman elektronik devrede kýsa devreye yol açabilir. Arýzalarý azaltmak için aþýrý tozlanmýþ elektronik cihazlar zaman zaman (kirlenme durumuna göre), emici ya da üfleyici kompresör ile temizlenmelidir. Nemin bir diðer olumsuz etkisi þudur: Televizyonu ya da bilgisayarý soðuk ve nemli dýþ ortamdan sýcak bir ortama getirdiðiniz zaman hemen çalýþtýrmayýnýz. Çünkü dýþ ortamdaki 94

103 nem, tüplerin arka kýsmýndaki cam yüzeyde ince bir su tabakasý oluþturur. Cihaz çalýþtýrýlýnca tüpe volt dolayýnda bir gerilim uygulandýðýndan elektriksel atlamalar olabilir. Bu ise tüpün ya da hassas entegrelerin arýzalanmasýna yol açar. f. Sarsýntý Elektronik cihazlar (TV, bilgisayar vb.) çalýþýrken sarsýlmamalýdýr. Çünkü sarsýntý lehim baðlantýlarýnýn kopmasýna, çatlamasýna yol açabilir. G. Transistörlerde Çalýþma Noktasýnýn Stabilize Edilmesi (Dengeli Hâle Getirilmesi) Transistörlü devrelerin dengeli bir þekilde uzun süreli olarak çalýþabilmesini saðlamak için tasarlanan devrelerin hesaplamalarý titizlikle yapýlýr. Bunun yanýnda devre üretiminde kaliteli elemanlar kullanýlýr. Ülkemizde son derece kötü kaliteli elemanlar kolayca satýlabilmektedir. En basit bir örnekle durumu açýklayacak olursak, çok yaygýn kullanýlan BC237 adlý transistörün markalý ve markasýz olmak üzere iki tipi vardýr. Markasýz olan BC237 markalýnýn yarý fiyatýna satýldýðýndan çok tercih edilmektedir. Hâliyle ucuz ve kalitesiz elemanla yapýlan devrenin uzun ömürlü olmayacaðý bir gerçektir. O nedenle hassas çalýþma istenilen yerlerde kaliteli elemanlar kullanýlmalýdýr. Yarý iletkenler sýcaklýða çok duyarlý elemanlardýr. 25 C ortam sýcaklýðýnda çalýþacak þekilde tasarlanmýþ bir elektronik devrede ortam sýcaklýðý yükseldiði anda, I B, I C, U CE deðerleri hemen deðiþir. Devrede akým, gerilim ve kazancýn deðiþmesi çýkýþtan alýnan sinyalleri de deðiþtirir. 6. bölümde transistörlü yükselteçlerin dengeli çalýþmasýný saðlamak için uygulanacak yöntemler açýklanmýþtýr. H. Transistörlerin Çeþitli Standartlara Göre Kodlanmasý Transistörler çeþitli gövde biçimlerinde ve teknik özelliklerde üretilirler. Yani her transistörün karakteristiði farklýdýr. Uygulamada kullanýlan transistörlerin gövdelerinde üretici firma kodu, teknik özellik belirten kodlar, ayak adlarý ile ilgili bilgiler bulunmaktadýr. Transistörlerin Kodlanmasýnda Kullanýlan Standartlar Transistörlerin kodlanmasýnda çeþitli standartlar kullanýlýr. Þimdi bunlarý inceleyelim. a. Eski Avrupa Standardý OC, OD ile baþlayýp iki ya da üç rakam ile devam eden kodlamadýr (OC445 gibi). O: Elemanýn germanyumdan yapýldýðýný belirtmektedir. Bu tip kodlu elemanlar eski model cihazlarda karþýmýza çýkmaktadýr. Nadiren karþýlaþýldýðý için geniþçe anlatýlmamýþtýr. Örnekler OA71: Germanyumdan yapýlmýþ düþük güçlü ses frekans transistörü AF126: Germanyumdan yapýlmýþ düþük güçlü yüksek frekans transistörü ASZ16: Germanyumdan yapýlmýþ düþük güçlü anahtarlama transistörü. Üçüncü harf Z ise, elemanýn endüstriyel amaçlý olduðunu belirtir. b. Yeni Avrupa (Pro Electron) standardý Birinci Harf Elemanýn yapýmýnda kullanýlan yarý iletkenin cinsini belirtir. A: Germanyum, B: Silisyum (silikon), C: Galyum arsenik, D: Ýndiyum antimuan, R: Polikristal (çoklu kristal) yarý iletken 95

104 Ýkinci Harf Elemanýn cinsini ve kullanýldýðý yeri belirtir. A: Ses frekans ön yükselteç devrelerinde kullanýlýr. C: AF (alçak frekans, ses frekans), düþük güçlü çýkýþ devrelerinde kullanýlýr. D: Ses frekans (AF) güç transistörü, F: Yüksek frekanslý, güçsüz transistör, L: YF (yüksek frekans) güç transistörü, P: Iþýða duyarlý devre elemaný (fototransistör vb.), S: Küçük güçlü anahtarlama transistörü, U: Güçlü anahtarlama (switching) transistörü, Z: Yüksek güçlü anahtarlama transistörü imalât numaralarý üçüncü harf ikinci harf birinci harf Þekil 4.38: Transistörlerin Avrupa standartlarýna göre kodlanýþý Üçüncü Harf ve Rakamlar X, Y, Z: Elemanlarýn endüstriyel (profesyonel, yüksek kaliteli) amaçlý olduðunu gösterir. Rakamlar ise diðer üretim bilgilerini verir. Örnekler: -AC...: Germanyum, düþük güçlü, alçak frekanslý transistör -BC...: Silisyum, düþük güçlü, alçak frekanslý transistör -BD...: Silisyum, orta güçlü, alçak frekanslý transistör -BF...: Silisyum, düþük güçlü, yüksek frekanslý transistör -BDX...: Silisyum, orta güçlü, alçak frekanslarda çalýþan endüstriyel amaçlý transistör -BC337: Anahtarlama ve yükselteç (özellikle düþük güçlü çýkýþ katlarý) devrelerinde kullanýlabilir. Kolektör-emiter doyum gerilimi (U CES ): 50 V, Ters yönlü emiter-beyz gerilimi (U EB0 ): 5 V, Kolektör akýmý (I C ): 800 ma, Maksimum kolektör akýmý (I Cmaks ): 1 A, Beyz akýmý (I B ): 100 ma, Güç harcamasý (P tot, P toplam ): 625 mw, Jonksiyon sýcaklýðý (T j ): 150 C -BF257: Silisyumdan yapýlmýþ düþük güçlü yüksek frekans transistörü c. ABD (EIA, Amerikan) Standardý 2N ile baþlayan kodlara sahip transistörler ABD standartýndadýr. Örnekler: 2N575, 2N3055 vb. Diðer ABD kodlarý: ZN, CK Amerikan standartýna göre yapýlan kodlamalarda 1: Diyod, 2: Transistör, 3: FET, 4: Optokuplör anlamýna gelir. ABD standartlarýna göre kodlamalarda birinci harften sonra gelen N harfi elemanýn yapýmýnda kullanýlan maddenin silisyum olduðunu belirtir. N'den sonra gelen sayýlar ise firma tarafýndan verilen imalat seri numaralarýdýr. imalât numaralarý harf birinci rakam Þekil 4.39: Transistörlerin Amerikan standartlarýna göre kodlanýþý Örnek: 2N3055: NPN, Si, I Cmax : 15 A, U CBmaks : 100 V, U CEmax : 60 V, U EBmax : 7 V, T Cmax : 200 C, ABD standartlarýna göre karþýlýðý: 2N3713, Avrupa standartlarýna göre karþýlýðý: BDX10, Kullaným alaný: Güç transistörü d. Japon Standardý 2S ile baþlar. Bazý tiplerde 2S rumuzu kullanýlmadan diðer rumuzlar kullanýlýr. Örneðin 2SC403, C403 olarak ifade edilebilir. 0: Fotodiyod, 1: Diyod, 2: Transistör, tristör, S: Yarý iletkenin silisyum olduðunu belirtir. 96

105 2S den sonra gelen harflerin anlamý þöyledir: A: PNP yüksek frekans transistörü, B: PNP alçak frekans transistörü, C: NPN yüksek frekans transistörü, D: NPN alçak frekans transistörü, F: Tristör, J: P kanallý FET, K: N kanallý FET, M: Triyak Örnek: 2SD386A: 2: Transistör, S: Silisyum, D: NPN tipi alçak frekanslý, 386: EIAJ kuruluþunun verdiði seri numara, A: Geliþtirilmesine ait imalat numarasý e. Özel Kodlu Firma Standartlarý Bazý firmalar taklidi önlemek için özel kodlu transistörler üretmektedir. Firma kodlarýyla ilgili bilgiler: MPM, MPQ, HEP, MD, MF, MHQ, MJ, MJC, MJE, MM, MMCF, MMCM, MMCS, MMF, MMT, MP...: Motorola kodlarý NS: National firmasýnýn kodu, TF, XA,XB, XC...: Siemens kodlarý, HJ: Hitachi kodu, PL, TM...: Texas kodlarý, TK, TS...: ITT kodlarý, SGS: Semitron kodu, GFT: Te Ka De kodu, OT: Lucas kodu Transistör standartlarý kalite bakýmýndan ikiye ayrýlýr. Bunlar, a. Ticarî Standartlar Transistörün kodunun baþ tarafýnda iki harf vardýr. Ýki harfli kodlamaya sahip transistörler yüksek kaliteli deðildir. BC237, BC238, BC140, BD gibi b. Endüstriyel (Profesyonel) Standartlar Baþ tarafý üç harf (X, Y, Z) ile kodlanmýþtýr. Bunlar yüksek kalitelidir. imalât numaralarý ikinci harf birinci harf birinci rakam Þekil 4.40: Transistörlerin Japon standartlarýna göre kodlanýþý Örnekler: BCX...: Proelektron standardý, silisyum, düþük güçlü, düþük frekanslý, endüstriyel amaçlý transistör BDX...: Proelektron standardý, silisyum, orta güçlü, alçak frekanslý, endüstriyel amaçlý transistör Transistör Kataloglarýnda Bulunan Deðerlerin Ýncelenmesi Kataloglar, üretici firmalarýn üretikleri elemanlarýn özelliklerini kullanýcýlara aktarmaya yararlar. Katalog bilgilerini üç kýsýmda inceleyebiliriz: a. Maksimum Gerilim Sýnýrlarý Transistörün çalýþma sýnýrlarýný belirleyen en önemli özellikler maksimum gerilim sýnýrlarýdýr. Örneðin transistör kesimdeyken C-E gerilimi (U CEO,V CE0 ), C-B gerilimi (U CB0 ), B-E ters polarma gerilimi (U EB0 ) izin verilen sýnýrlarýn üzerine çýkmamalýdýr. U CEO : B ucu açýkken, C-E arasýna uygulanabilecek en yüksek gerilim deðeridir. U CB0 : E ucu açýkken, C-B arasýna uygulanabilecek maksimum ters gerilim deðeridir. U EB0 : C ucu açýkken, E-B arasýna uygulanabilecek maksimum ters gerilim deðeridir. 97

106 b. Maksimum Akým Sýnýrlarý Transistörler çektikleri (taþýyabildikleri) maksimum kolektör akýmýyla bilinirler. Devre tasarýmýnda çekilecek akým deðeri belirlenirken, harcanan güç deðeri aþýlmayacak biçimde seçim yapýlýr. Örneðin 2N3904 kodlu transistörde maksimum akým deðeri 200 ma dir. c. Maksimum Güç Harcama Sýnýrý Çalýþma sýrasýnda kolektör akýmý (I C ) ile C-E geriliminin (U CE ) çarpýmý transistörde harcanan gücü verir. P = U CE.I C [W] Kataloglarda bu deðer 25 C ortam sýcaklýðý için verilir. Pratik hesaplamalarda her 1 C luk sýcaklýk artýþý için gücü bir kaç mw azaltmak gerekir. Her 1 C luk artýþa göre yapýlacak azaltma miktarýna azaltma faktörü denir. Yüksek sýcaklýkta çalýþtýrýlan bir transistörün gücü azaldýðýna göre I C akýmýnýn da düþeceði unutulmamalýdýr. Yani, 25 C ta 1 amper taþýyabilen bir transistörün akýmý C luk sýcaklýklarda % oranýnda azalýr. Çizelge 4.3: TUN ve TUP transistörlere iliþkin örnekler Transistör Kataloglarýnda Verilen Kýsaltmalarýn Anlamlarý f: Frekans, f o : Test frekansý, f b : Kesim frekansý, f T : Geçiþ frekansý, I cmax (I C ): Maksimum kolektör akýmý, U CC (V CC ): Transistörlü devreyi beslemede kullanýlan DC besleme kaynaðý, U CEsat (V CEsat ): I B ve belirli bir I C de kolektöremiter doyum gerilimi, P tot : Transistörün gücü, b (h fe ): Kazanç, I B : Beyz akýmý, T jmax (T j ): Eklem sýcaklýðý (jonksiyon bölgesinin dayanabileceði maksimum sýcaklýk deðeri), T case : Kýlýf sýcaklýðý, Case: Þase, Type: Tip (NPN ya da PNP) TUN: Herhangi bir NPN transistör. TUP: Herhangi bir PNP transistör Komplementer (Eþlenik, Ayný Özellikte Ancak Birbirinin Zýttý) Transistör Örnekleri NPN PNP NPN PNP NPN PNP BC107 BC177 BC338 BC328 BD135 BD136 BC108 BC178 BC546 BC556 BD137 BD138 BC140 BC160 BC547 BC557 BD139 BD140 BC141 BC161 BC548 BC558 BD175 BD176 BC237 BC307 BC635 BC636 BD201 BD202 BC238 BC308 BCW60 BCW61 BD235 BD236 BC239 BC309 BCX70 BCX71 BD643 BD644 BC337 BC327 BCY58 BCY78 BD679 BD680 Sorular 1. Transistörün tanýmýný yapýnýz ve çalýþma ilkesini açýklayýnýz. 2. BC237, BC308, BC547 kodlu transistörlerin özelliklerini katalogdan bakarak belirleyiniz 3. a,b akým kazançlarý hakkýnda bilgi veriniz. 4. Transistörün anahtar olarak kullanýlmasýný þekil çizerek anlatýnýz. 5. Transistörlerin düzgün çalýþabilmesi için alýnan önlemler nelerdir? Anlatýnýz. 6. Transistörün saðlamlýk testinin ohmmetreyle nasýl yapýldýðýný açýklayýnýz. 98

107 Yaygýn Olarak Kullanýlan Bazý Transistörlerin Teknik Özellikleri Adý Yapýldýðý Kýlýf Özelliði Karþýlýklarý Adý Özelliði Karþýlýklarý madde ve tipi þekli AC126 GE-PNP 2 32V-0,2A AC122(5), AC151(2)... AC127 GE-NPN 2 32V-0,5A-0,34W AC176(2), AC187(2)... AC187K GE-NPN 1 25V-1A-1W AC176K(1), AC194K(1)... AC188K GE-PNP 1 25V-1A-1W AC128K(1), AC153K... AD149 GE-PNP 16 50V-3,5A-27,5W AD166(16), 2N1540(16), 2N2148(16)... BC107 SÝ-NPN 4 45V-0,2A-0,3W BC547(9), BC237(9), BC207(5)... BC108 SÝ-NPN 4 20V-0,2A-0,3W BC238(9), BC548(9), BC208(5)... BC109 SÝ-NPN 4 20V-0,2A-0,3W BC173(9), BC184(9), BC239(9)... BC140 SÝ-NPN 3 80V-1A-0,75W BC301(3), 2N1613(3), 2N1711(3)... BC141 SÝ-NPN 3 60V-1A-0,75W 2N1613(3), 2N1711(3)... BC148 SÝ-NPN 12 30V-0,2A-0,3W BC108(4), BC208(5), BC238(9)... BC149 SÝ-NPN 12 30V-0,2A-0,3W BC109(4), BC239(9)... BC160 SÝ-PNP 3 40V-1A-0,75W BC304(3), BC460(3)... BC161 SÝ-PNP 3 60V-1A-0,75W BC303(3), BC461 (3)... BC168 SÝ-NPN 8 30V-0,2A-0,3W BC108(4), BC238(9)... BC237 SÝ-NPN 9 50V-0,2A-0,3W BC547(9), BC582(9), BC107(4), BC171(9)... BC238 SÝ-NPN 9 30V-0,2A-0,3W BC108(4) BC548(9)... BC239 SÝ-NPN 9 30V-0,2A-0,3W BC109(4), BC549(9), BC584(9)... BC307 SÝ-PNP 9 50V-0,2A-0,3W BC557(9), BC177(4)... BC308 SÝ-PNP 9 30V-0,2A-0,3A BC178(4), BC558(9)... BC327 SÝ-PNP 9 50V-0,8A-0,625W BC297(4), BC727(10)... BC328 SÝ-PNP 9 30V-0,8A-0,625W BC298(4), BC728(10)... BC337 SÝ-NPN 9 50V-0,8A-0,625W BC377(4), BC737(10)... BC546 SÝ-NPN 9 65V-0,2A-0,5W BC174(9), BC190(4)... BC547 SÝ-NPN 9 45V-0,2A-0,5W BC107(4), BC171(9), BC237(9), BC382(9)... BC548 SÝ-NPN 9 30V-0,2A-0,5W BC108(4), BC172(9), BC238(9)... BC549 SÝ-NPN 9 30V-0,2A-0,5W BC109(4), BC239(9)... BC556 SÝ-PNP 9 65V-0,2A-0,5W BC256(9), BC448(10)... BC557 SÝ-PNP 9 45V-0,2A-0,5W BC177(4), BC204(5), BC307(9)... BC558 SÝ-PNP 9 30V-0,2A-0,5W BC178(4), BC205(5), BC308(9)... BC559 SÝ-PNP 9 30V-0,2A-0,5W BC309(9), BC206(9)... BC635 SÝ-NPN 8 45V-1A-0,8W BC337(9), BC527(10)... BD135 SÝ-NPN 17 45V-1,5A-12,5W BD226(17), BD233(17)... BD136 SÝ-PNP 17 45V-1,5A-12,5W BD166(17), BD176(17), BD227(17)... BD139 SÝ-NPN 17 80V-1,5A-12,5W BD169(17), BD179(17),BD237(17)... BD140 SÝ-PNP 17 80V-1,5A-12,5W BD170(17), BD180(17), BD238(17)... BD233 SÝ-NPN 17 45V-2A-25W BD175(17), BD375(17), BD437(17)... BD237 SÝ-NPN V-2A-25W BD179(17), BD379(17), BD441(17)... BD239 SÝ-NPN 14 45V-2A-30W BD241(14), BD243(14), BD575(18)... BD240 SÝ-PNP 14 45V-2A-30W BD242(14), BD244(14), BD576(18)... BD242 SÝ-PNP 14 45V-3A-40W BD244(14), BD576(18), BD586(18)... BD244 SÝ-PNP 14 45V-6A-65W BD596(18), BD606(18)... BF257 SÝ-NPN 3 160V-0,1A-0,8W BF337(3), BF658(3)... BPW14-C SÝ-NPN 7 Fototransisör - MJ2500 SÝ-PNP 16 60V-10A-150W BDX64(16),BDX66(16)... MJE3055 SÝ-NPN 17 70V-10A-90W BD207(17), BD213(15)... 2N1613 SÝ-NPN 3 75V-0,5A-0,8W BC141(3), BC301(3)... 2N1711 SÝ-NPN 3 75V-0.5A-0.8W BC141(3), BC301(3)... 2N2219 SÝ-NPN 3 60V-0.8A-0.8W BC140(3), BC302(3)... 2N2222 SÝ-NPN 3 60V-0,8A-0,8W BC546(9), BC637(8)... 2N3053 SÝ-NPN 3 60V-0,7A-1W BC140(3), BC302(3)... 2N3055 SÝ-NPN V-15A-117W BD130(16)... 2SC1384 SÝ-NPN 8 60V-1A-0,75W BC337(9), BC337(4)... 2SD970 SÝ-NPN-darlington V-8A-50W - TIP140 SÝ-NPN 15 60V-10A-125W BDX65(16), MJE3000(16)... TIP3055 SÝ-NPN V-15A-90W BD245(15), BD249C(15)... 99

108 kýrmýzý nokta þekil 1 þekil 2 þekil 3 þekil 4 þekil 5 þekil 6 þekil 7 þekil 8 þekil 9 þekil 10 þekil 11 þekil 12 þekil 13 þekil 14 þekil 15 þekil 16 þekil 17 þekil 18 þekil 19 þekil 20 þekil 21 þekil 22 þekil 23 þekil 24 þekil 25 þekil 26 þekil 27 Þekil 4.41: Yaygýn olarak kullanýlan transistörlerin ayaklarýnýn diziliþi 100

109 Bölüm 5: DC Güç Kaynaklarý Giriþ Elektronik devrelerin bir çoðunun çalýþmasý için tek yönlü olarak dolaþan (DC) akýma gerek vardýr. Bu bölümde doðru akým üreten temel devreler incelenecektir. Uygulamada DC üreteçlerine doðrultmaç, doðrultucu, adaptör, güç kaynaðý, redresör gibi adlar verilmektedir. a) DC sinyal b) AC sinyal Þekil 5.1: Ayarlý çýkýþlý DC güç kaynaðý devresinin iç yapýsý Þekil 5.2: DC ve AC'nin elektriksel eðrileri Doðru (DC) ve Dalgalý Akýmýn (AC) Tanýmlanmasý a. Doðru Akým (DA, DC, Direct Current) Dinamo, akümülâtör, pil, güneþ pili (solar cell) gibi düzenekler tarafýndan üretilir. DC akým þekil 5.2-a'da görüldüðü gibi zamana göre yön ve þiddet deðiþtirmeden akar. Yani DC akýmýn frekansý yoktur. b. Alternatif Akým (AA, AC, Alternative Current) Alternatör adý verilen makineler tarafýndan üretilen elektrik akýmý çeþididir. Bu akým zamana göre sürekli olarak yön ve þiddet deðiþtirir. Yani alternatörden gelen akým sürekli azalýp çoðalýr ve akýþ yönü deðiþir. Alternatörün ürettiði AC sinyal þekil 5.2-b'de görüldüðü gibi sinüs eðrisi þeklindedir. Alternatörün ürettiði akýmýn zamana göre yön ve þiddet deðiþtirme sayýsýna frekans denir. Türkiye de üretilen alternatif akýmýn frekansý 50 Hz dir. (Hz, Hertz diye okunur.) Bazý kitaplarda frekans birimi olarak c/s (saykýl/saniye) de kullanýlýr. Günümüzde elektrik enerjisinin yüzde 90 a yakýn bölümü alternatif olarak üretilmektedir. Çünkü AC nin taþýnmasý, yükseltilmesi ve düþürülmesi kolaydýr. A. Transformatör (Trafo) Alternatif (dalgalý) akýmý, alçaltmaya ya da yükseltmeye yarayan aygýtlara trafo denir. Bu 101

110 Resim 5.1: Transformatör Þekil 5.3: Transformatörlerlerin primer ve sekonder sarýmlarýnýn yerleþtirildiði ince çelik saclardan yapýlmýþ nüvenin yapýsý elemanlar gerilim dönüþtürme iþlemini yaparken frekansý deðiþtirmez. Yani giriþe uygulanan gerilimin frekansý 50 Hz ise, çýkýþtan alýnan gerilimin frekansý da 50 Hz olur. Gerilimi düþürücü trafolarda 220 voltun uygulandýðý kýsým (primer, birincil sarým), ince kesitli telden çok sarýmlý, düþük gerilimin alýndýðý kýsým (sekonder, ikincil sarým) ise kalýn kesitli telden az sipirli olarak sarýlýr. a. Transformatörün Yapýsý Transformatör karþýlýklý indüksiyon olayýnýn genel bir uygulamasýdýr. Primerde oluþan deðiþken manyetik alaný sekonder sargýsýna ulaþtýran nüveler, þekil 5.3'te görüldüðü gibi bir yüzü yalýtýlmýþ, % 3-4 oranýnda silisyum katkýsý yapýlmýþ ince (0,35-0,5 mm) çelik saclardan üretilir. Yüksek frekanslý devrelerde kullanýlan trafolarýn nüvesi ise ferrit maddesindendir. U 1 U 2 U 1 U 2 R y (yük) nüve primer sargý (N 1 ) manyetik aký (f) sekonder sargý (N 2 ) Þekil 5.4: Trafonun yapýsý b. Transformatörün Çalýþma Ýlkesi Transformatörde primer ve sekonder sargýlarý arasýnda hiç bir fiziksel baðlantý yoktur. Sekonder devresinin çektiði güç, manyetik alan yardýmýyla primer devreden çekilir. Þekil 5.4'te görüldüðü gibi primer sarýmýna (N 1 ) AC gerilim uygulandýðýnda bu sargýlarýn etrafýnda F (fi) manyetik alaný oluþur. Bu alan ince çelik saclardan yapýlmýþ olan nüve üzerinden geçerek N 2 sargýlarýný keser (iletken içindeki elektronlarý hareket ettirir) ve U 2 gerilimini oluþturur. c. Transformatör Seçimi Uygulamada çeþitli gerilim ve akým deðerlerinde trafolar kullanýlýr. Kimi trafolarýn çýkýþ gerilimi tek kademeli olurken bazýlarý ise çok çeþitli deðerlerde gerilim verebilecek þekilde 102

111 üretilmektedir. Eðer, 12 V/1 A çýkýþ verebilecek bir DC güç kaynaðý yapýlmak isteniyorsa, bu iþ için W lýk güce sahip bir trafo seçmek gerekir. Üzerinde 12 V/50 W yazan bir trafonun verebileceði maksimum akým ise, P = U.I olduðuna göre, I = P/U = 50/12 = 4,16 = 4 A dir. Transformatörün Saðlamlýk Testi Trafo gerilimi düþürücü özellikte ise ohmmetre x1w, x10w, x100w ya da x1k kademesine alýnarak yapýlan ölçümde primer direnci sekonder direncinden yüksek olmalýdýr. Transformatörde Dönüþtürme Oraný Aþaðýda verilen baðýntýlarýn herhangi birisinden yararlanarak trafolarýn bazý deðerleri hesaplanabilir. (ü = K = a = n: Dönüþtürme oranýný göstermek için kullanýlan semboller) U 1 N 1 I = = = ü = K = a = n U 2 N 2 I 1 Örnek: U 1 = 220 V N 1 = 1000 sipir U 2 = 22 V N 2 =? Çözüm: N 2 = 100 sipir Not: Trafolarýn gövdesinde giriþ ve çýkýþ uçlarý iþaretlenmiþtir. 220 V yanlýþlýkla çýkýþa uygulanýrsa trafo çok yüksek gerilim üretmeye baþlar ve tehlike arz eder. O nedenle baðlantýlar titizlikle yapýlmalýdýr. Transformatörün yüksek gerilim ve alçak gerilim sargýlarý þu yöntemlerle belirlenebilir: I. Sargýlarýn direnci ölçüldüðünde büyük dirençli taraf yüksek gerilim, düþük dirençli taraf düþük gerilim sargýsýný gösterir. II. Gözle bakýldýðýnda alt kýsýmda bulunan ince kesitli sargýlar yüksek gerilim, üst kýsýmda bulunan kalýn kesitli sargýlar ise düþük gerilim uçlarýný belirtir. Arýzalý Transformatörün Onarýmý Trafo, aþýrý akým çekildiðinde, sargýlar kýsa devre olduðunda, fiziksel darbelere maruz kaldýðýnda arýzalanabilir. Bozulan bir trafonun yeniden sarýlmasý mümkündür. Elektronik sistemlerde kullanýlan trafolarýn çoðunluðu küçük güçlü olduðundan fiyatlarý ucuzdur. O nedenle küçük boyutlu trafolarýn sarýmý yapýlmayýp yenisiyle deðiþtirme yoluna gidilir. Ek Bilgi Transformatörlerin Güç Deðerinin Volt-Amper (VA) Cinsinden Verilmesinin Nedeni Elektrik enerjisini tüketen alýcýlar üç ayrý özelliktedir: Bunlar, omik, indüktif ve kapasitif. Omik alýcýlar (akkor flâmanlý lâmba, ütü, fýrýn) þebekeden çektikleri akýmýn tamamýný harcarlar. Omik alýcýlarýn harcadýðý güce aktif güç denir. Ýndüktif alýcýlar (balast, bobin, röle, motor) þebekeden çektikleri akýmýn bir kýsmýný manyetik 103

112 alana dönüþtürürler. Manyetik alan kuvvet çizgileri ise indüktif alýcýnýn sargýlarýný keserek (etkileyerek) þebeke gerilimine zýt yönde bir gerilim oluþtururlar. Zýt EMK adý verilen bu gerilim ise alýcýdan þebekeye doðru ikinci bir akým akýþýna neden olur. Üreteç ve indüktif alýcý arasýnda gidip gelen akýmdan dolayý harcanan güce reaktif güç (Q) denir. Kapasitif alýcýlar (kondansatör) þebekeden çektikleri akýmla þarj olurlar. Daha sonra çektikleri akýmý þebekeye geri verirler. Bu bilgilerden sonra þu örneði verelim: Üzerinde 100 VA yazan bir trafo eðer omik özellikli bir alýcýyý besleyecekse yük, trafodan 100 W güç alabilir. Eðer adý geçen trafoyla indüktif özellikli bir alýcý beslenecekse, alýcýya reaktif güç de gerekeceðinden 100 VA lik gücün bir kýsmý manyetik alan oluþturmada harcanýr. Sonuçta 100 VA gücündeki trafodan 100 W tan daha az bir aktif güç alýnýr. Örnek: Etiketinde Cos j = 0,6 yazan bir motorun aktif gücü 1000 W týr. Bu motorun beslenmesinde kullanýlacak trafonun görünür gücü kaç VA olmalýdýr? Çözüm: Cos j = P/S S = P/Cosj = 1000/0,6 = 1666,66 VA Sonuç olarak, alýcýlarýn enerjiyi harcama biçimleri farklý olduðundan trafolarýn bazýlarýnda güç deðeri aktif güç cinsinden deðil, görünür güç cinsinden verilir. Trafoda Manyetik Kaçaklar Trafonun nüvesi yetersiz, saclar küflü, bir yüzeyleri yalýtkansýz, sarým iþçiliði kötü ise primerde oluþan manyetik alanlarýn bir bölümü devresini hava üzerinden tamamlar. Buna manyetik kaçak denir. Ýyi kalite trafolarda manyetik kaçak oraný çok az olup, verim yüksektir. Manyetik kaçaðýn çok olmasý trafonun yüksüz hâlde (boþta) çalýþýrken aþýrý akým çekmesinden, fazla ýsýnmasýndan anlaþýlabilir. Yüksek kaliteli devrelerin beslenmesinde manyetik kaçaðý çok olan trafolar tercih edilmez. Bu tip iþler için, tanýnmýþ ve TSE belgeli markalar kullanýlmalýdýr. Þekil 5.5'te trafolarýn primer sarýmlarýnda ortaya çýkan manyetik kaçak gösterilmiþtir. Transformatörde Kayýplar Transformatör çektiði enerjinin bir kýsmýný kendisi harcar. Harcanan enerjiye kayýp denir. Kaliteli bir transformatörde kayýp azdýr. Kayýplarý dört bölümde inceleyebiliriz: a. Bakýr Kayýplarý Transformatörün sargýlarýnda kullanýlan iletkenlerin omik direncinden dolayý ortaya çýkar. Bu kayýplar, P iletken = P cu = I 2.R [W] denklemiyle bulunur. Bakýr kayýplarý ýsý þeklinde ortaya çýkar. b. Histerisiz Kayýplarý AC'nin her alternansýnýn yön deðiþtirmesi anýnda nüve üzerinde çok az bir mýknatýsiyet kalýr. Bu artýk mýknatýsiyet ters yönden gelen akýmýn oluþturduðu manyetik alana karþý koyarak güç kaybýna neden olur. Bu duruma histerisiz kaybý denir. AC faydalý akýlar f kaçak akýlar Þekil 5.5: Trafolarda manyetik alan kaçaklarýnýn gösteriliþi 104

113 c. Eddy (Fuko) Kayýplarý Demir nüveyi kesen manyetik akýlar nüve üzerinde akým dolaþmasýna neden olur. Dolaþan iç akýmlar ana manyetik alanýn dolaþýmýný olumsuz etkiler. Fuko kayýplarýný en aza indirmek için kullanýlan nüveler ince (0,35-0,5 mm) ve birbirinden yalýtýlmýþ çelik saclardan yapýlýr. d. Manyetik Kaçak Kayýplarý Kuplaj katsayýsýnýn 1'den küçük olmasý yani primerde oluþan manyetik alanýn bir kýsmýnýn sekonderi kesememesi nedeniyle ortaya çýkan kayýplardýr. Geçirgenliði yüksek olan silisyum katkýlý saclar kullanýlarak manyetik kaçaklar azaltýlabilmektedir. Bir Fazlý Transformatör Yapým Hesaplarý Herhangi bir güçte transformatör sarmak için bir çok hesaplama yapmak gerekir. Þimdi bunlarý görelim. Sargýlarýn yerleþtirileceði ince çelik saclardan yapýlan nüvenin kesitini belirlemede kullanýlan denklem: S nüve = S n = C.ÖS 2 [cm 2 ] S 2 : Sekonderin görünür gücü (VA cinsinden) C: Nüve olarak kullanýlacak sacýn kalitesine göre deðeri 0,7-1,5 sayýlarý arasýnda deðiþen kat sayý Manyetik aký (f): f = B.S n [makswell] B: Manyetik aký yoðunluðu. Tavlanmýþ sac için B = gauss/cm 2. DKP sac için B= gauss/cm 2. Sacýn tipi bilinmiyorsa, B = gauss/cm 2 alýnabilir. Primer gerilimi: U 1 = 4,44.f.f.N [V] Sekonder gerilimi: U 2 = 4,44.f.f.N [V] f: Þebeke frekansý, N 1 : Primer sarým sayýsý, N 2 : Sekonder sarým sayýsý Primer sarým sayýsý: N 1 = U /4,44.f.f [sipir] Sekonder sarým sayýsý: N 2 = U /4,44.f.f. [sipir] Primer akýmý: I 1 = S 1 /U 1 [A] Sekonder akýmý: I 2 = S 2 /U 2 [A] Primer iletkeninin kesiti: S 1iletken = I 1 /J [mm 2 ] Sekonder iletkeninin kesiti: S 2iletken = I 2 /J [mm 2 ] J: Sarýmda kullanýlacak bakýr iletkenin akým yoðunluðu deðeri (A/mm 2 ), Trafo hava ile soðutuluyorsa: J = 2-2,5 A/mm 2, yað ile soðutuluyorsa, J = 2,3-3,5 A/mm 2 alýnýr. Primerde kullanýlacak iletkenin çapý (d 1 ): d 1 =Ö4.S 1ilet /p [mm] Primerde kullanýlacak iletkenin çapý (d 2 ): d 2 =Ö4.S 2ilet /p [mm] Not: Trafo sarýmlarýnda kullanýlan iletkenler çap ölçüsü belirtilerek satýlmaktadýr. Dönüþtürme oraný (ü=k=a): K = U 1 = N 1 = I 2 U 2 N 2 I 1 105

114 Nüve elde etmede kullandýðýmýz saclarýn kalýnlýðý 0,5 mm olduðuna göre, h Üst üste konacak sac adedi, b/0,5 = 35/0,5 = 70 adet bulunur. b f= B.S n = = makswell a Þekil 5.6: Trafoda sargýlarýn yerleþtirildiði nüvenin kesiti Pencere yüksekliði (h): h = (2-3,5).a olarak alýnýr. Örnek: Verilen deðerlere göre sarým hesaplarýný yapýnýz. S 2 = 100 VA U 1 = 220 V C = 1 B = gauss U 2 = 12 V f = 50 Hz J = 2 A/mm 2 h = % 98 e = % 5 (e: Sekonderin boþ ve yüklü çalýþmada gerilim farký yüzdesi) Çözüm: h = S 2 /S 1 olduðuna göre, S 1 = S 2 /h = 100/0,98 = 102,04 VA S n = C.ÖS 2 = 1.Ö100 = 10 cm 2 10 Cm 2 lik nüve kesit alaný a ve b kenarlarýnýn çarpýmýna eþittir. Yani, S n = a.b yazýlabilir. a = 3 cm alýnýrsa, b = S n /a = 10/3 = 3,33 cm çýkar. Kabarma payý gözönüne alýnarak bu deðer 3,5 cm olarak kabul edilebilir. (Yani üst üste dizilecek olan trafo saclarýnýn yüksekliði 3,5 cm olacaktýr.) N 1 = U /4,44.f.f = /4, = 991 sipir U 1 /U 2 = N 1 /N 2 denkleminden N 2 'yi çekersek, N 2 = U 2.N 1 /U 1 =12.991/220 = 54 sipir Yük baðlanýnca "e = % 5" gerilim düþümü göz önüne alýnarak U 2 gerilimi % 5 artýrýlýr. Buna göre, U 2gerçek = 1,05.U 2 = 1,05.12 = 12,6 V olarak hesaplamalara dahil edilir. I 1 = S 1 /U 1 = 102,04/220 = 0,463 A I 2 = S 2 /U 2gerçek = 100/12,6 = 7,93 A S 1iletken = I 1 /J = 0,463/2 = 0,231 mm 2 S 2iletken = I 2 /J = 7,93/2 = 3,96 mm 2 d 1 = Ö4.S 1iletken /p = Ö4.0,231/3,14 = 0,54 mm Bu deðere en yakýn bobinaj teli seçilir. Örneðin 0,60 mm d 2 = Ö4.S 2ilet /p = Ö4.3,96/3,14 = 2,24 mm = 2,30 mm h = (2-3,5).a Burada katsayýyý 2,5 olarak alalým. Buna göre pencere yüksekliði, h = 2,5.a = 2,5.3 = 7,5 cm bulunur. 106

115 besleme gerilimi AC 220 volt transformatör doðrultmaç devresi filtre devresi regüle devresi filtre devresi alýcý Þekil 5.7: AC'yi DC'ye çeviren güç kaynaklarýnýn blok þemasý (kapalý þema) B. AC yi DC'ye Dönüþtüren Devreler (Redresörler) Elektronik cihazlarýn çoðunluðu DC ile çalýþýr. Konutlarda ise 220 voltluk AC gerilim vardýr. DC gerilim pil, akü, dinamo gibi araçlardan baþka doðrultmaçlarla da elde edilebilir. AC'yi DC'ye çeviren iyi kalite doðrultmaç devrelerinin blok yapýsý þekil 5.7'de görüldüðü gibidir. Blok þemaya bakýldýðýnda iyi kalite güç kaynaklarýnýn,trafo (AC/AC dönüþtürücü), doðrultucu (AC/DC dönüþtürücü), 1. filtre, regülatör (gerilim sabitleyici) ve 2. filtre devrelerinin birleþiminden oluþtuðu görülür. AC/DC dönüþtürme iþleminde tek yönlü olarak akým geçiren doðrultmaç diyodlarý (1N4001, 1N4002, 1N5400 gibi) kullanýlýr. Diyodlar AC'yi DC'ye çevirebilirler. Ancak bu DC istenilen þekilde tam düzgün deðildir. Filtre devreleri diyodlarýn çýkýþýndaki salýnýmlý DC'yi filtre ederek düzgünleþtirmeye yararlar. Uygulamada filtre devresi olarak kondansatör ve þok bobinleri kullanýlýr. Regüle devreleri kararlý ve düzgün bir DC gerilim oluþturur. Uygulamada kullanýlan regüleli güç kaynaklarýnda regüle edici olarak zener diyodlu ya da regülatör entegreli devreler karþýmýza çýkar. Geliþmiþ yapýlý güç kaynaklarý yukarýda kýsaca açýklanan bölümlere ek olarak, akým sýnýrlama, otomatik açma, aþýrý gerilim korumasý devrelerine de sahiptir. Bu kitap temel elektronik bilgisi vermeyi amaçladýðýndan güç kaynaðý devrelerindeki tüm ayrýntýlar açýklanmayacaktýr. Resim 5.2: Akým ve gerilim ayarlý, lâboratuvar tipi güç kaynaðý Doðrultmaç Devrelerinin Çeþitleri Uygulamada çeþitli DC güç kaynaklarý kullanýlýr. Þimdi bunlarý inceleyelim. a. Bir Diyodlu Yarým Dalga Doðrultmaç Devresi AC'yi DC'ye çeviren tek diyodlu devredir. Yarým dalga doðrultmaç devresinde çýkýþ sinyali tam düzgün olmaz. Bir diyodlu yarým dalga doðrultmaç devresinin çalýþmasýný anlayabilmek için bazý hatýrlatmalar yapmamýz gerekiyor. Þöyle ki; bilindiði üzere trafolarýn çýkýþýnda zamana göre yönü ve þiddeti sürekli olarak deðiþen dalgalý bir akým vardýr. Yani AC sinyalin akýþ yönü saniyede 100 kez deðiþmektedir. Trafonun çýkýþýndaki deðiþken akým, pozitif ve negatif olmak üzere iki alternanstan meydana gelmiþtir. Diyodlar tek yönlü olarak akým geçirdiðinden trafonun çýkýþýndaki sinyalin sadece pozitif alternanslarý alýcýya ulaþabilmektedir. 107

116 A noktasý +,- 1N U, I trafonun sekonderindeki AC sinyal trafo t (s) AC AC çýkýþ DC çýkýþ U, I B noktasý +,- - diyodun çýkýþýndaki DC sinyal t (s) Þekil 5.8: Yarým dalga doðrultmaç devresi Þekil 5.9: Yarým dalga doðrultmaç devresinin giriþ ve çýkýþ uçlarýndaki elektrik sinyalleri Bu temel bilgilerden hareket ederek yarým dalga doðrultmaç devresinin çalýþmasýný þu þekilde ifade edebiliriz: Þekil 5.8'de verilen devrede görüldüðü gibi trafonun üst ucundaki (A noktasý) sinyalin polaritesi pozitif olduðunda diyoddan ve alýcý üzerinden akým geçer. Trafonun üst ucundaki sinyalin polaritesi negatif olduðunda ise diyod akým geçirmez. (Kesimde kalýr.) Sonuçta alýcýdan tek yönlü akým geçiþi olur. Alýcýya seri olarak DC akým ölçebilen bir ampermetre baðlanacak olursa ibrenin tek yönlü olarak saptýðý görülür. Yarým dalga doðrultmaçlarda çýkýþtan, trafonun verebileceði gerilimin yaklaþýk yarýsý kadar (U çkþ = 0,45.U grþ ) bir voltaj alýnýr. O nedenle bir diyodlu yarým dalga doðrultmaçlar küçük akýmlý ( ma) ve fazla hassas olmayan alýcýlarýn (oyuncak, mini radyo, zil vb.) beslenmesinde kullanýlýr. Yarým dalga doðrultmaç devrelerinde çýkýþtan alýnabilecek akýmýn deðeri ise, I çýkýþ = 0,636.I giriþ olmaktadýr. (I giriþ : Trafonun sekonder akýmýdýr.) b. Tam Dalga Doðrultma Yapan Devreler I. Orta Uçlu Trafolu Tam Dalga Doðrultmaç Devresi AC'nin her iki alternansýnýn da alýcýdan tek yönlü olarak akýp geçmesini saðlayan devredir. Bu tip devrenin kurulabilmesi için orta uçlu trafoya gerek vardýr. Þekil 5.10'da verilen devrede görüldüðü gibi trafonun üst ucunda (A noktasý) pozitif polariteli sinyal oluþtuðunda D 1 diyodu ve alýcý üzerinden akým geçiþi olur. Trafonun alt ucunda (B noktasý) pozitif polariteli sinyal oluþtuðunda ise D 2 diyodu ve alýcý üzerinden akým geçiþi olur. Görüldüðü üzere diyodlar sayesinde alýcý üzerinden hep ayný yönlü akým geçmektedir. Ve bu da DC akýmdýr. Ýki diyodlu doðrultmaçlarda çýkýþtan alýnan DC güç, uygulanan AC gerilimin 0,9 u kadardýr. Bunu denklem þeklinde yazacak olursak: U çýkýþ = 0,9.U giriþ olur. Çýkýþ akýmýnýn deðeri ise, I çýkýþ = 0,79.I giriþ tir. Orta uçlu trafolu tam dalga doðrultmaç devresinde D 1 ve D 2 diyodlarýndan geçen akýmlar trafonun orta ucundan devresini tamamlar. Devrenin yapýmýnda kullanýlan trafonun sekonder sarýmý üç uçludur. Bu sayede trafonun çýkýþýnda iki adet gerilim oluþmaktadýr. Þekil 5.12'de trafonun sekonder sarýmýnýn N 1 ve N 2 sargýlarýndan oluþtuðu görülmektedir. Bu iki sarýmda birbirinin tersi polaritede iki gerilim doðar. Yani trafonun A noktasýnda oluþan sinyalin polaritesi pozitif iken, B noktasýnda oluþan sinyalin polaritesi negatif olmaktadýr. Trafoda oluþan akýmlarýn devresini tamamladýðý uç ise orta uç olmaktadýr. 108

117 A noktasý trafo +,- D 1 + U, I trafonun sekonderindeki AC sinyal t (s) AC N 1 N 2 DC çýkýþ R y U, I B noktasý -,+ D 2 - diyodlarýn çýkýþýndaki DC sinyal t (s) Þekil 5.10: Orta uçlu trafolu, iki diyodlu tam dalga doðrultmaç devresi Þekil 5.11: Orta uçlu trafolu tam dalga doðrultmaç devresinin giriþ ve çýkýþ uçlarýndaki elektrik sinyalleri II. Köprü Tipi Tam Dalga Doðrultmaç Devresi AC'yi en iyi þekilde DC'ye dönüþtüren devredir. Her türlü elektronik cihazýn besleme katýnda karþýmýza çýkar. Þekil 5.12'de verilen devrede görüldüðü gibi trafonun sekonder sarýmýnýn üst ucunun (A noktasý) polaritesi pozitif olduðunda D 1 ve D 3 diyodlarý iletime geçerek R y üzerinden akým dolaþýr. Trafonun sekonder sarýmýnýn alt ucunun (B noktasý) polaritesi pozitif olduðunda ise D 2 ve D 4 diyodlarý iletime geçerek R y üzerinden akým dolaþýr. Çýkýþtan alýnan DC gerilim, giriþe uygulanan AC gerilimin 0,9 u kadardýr. U çýkýþ = 0,9.U giriþ Devrenin çýkýþ akýmý ise, I çýkýþ = 0,9.I giriþ kadardýr. A noktasý +,- trafo D 4 D 1 U, I trafonun sekonderindeki AC sinyal t (s) AC B noktasý +,- D 3 D 2 DC çýkýþ R y U, I t (s) diyodlarýn çýkýþýndaki DC sinyal Þekil 5.12: Köprü tipi tam dalga doðrultmaç devresi Þekil 5.13: Köprü diyodlu doðrultmaç devresinin giriþ ve çýkýþ uçlarýndaki elektrik sinyalleri C. Doðrultmaç Devrelerinden Alýnan DC'yi Tam Doðru Akým Hâline Getirici Süzgeçler (Filtreler) Doðrultmaç devrelerinde trafonun çýkýþýna baðlanan diyodlarla iki yönlü olarak dolaþan akým tek yönlü hâle getirilir. Ancak diyodlar akýmý tam olarak doðrultamazlar. Yani elde edilen DC dalgalýdýr (nabazanlýdýr, ripple deðeri yüksektir, salýnýmlýdýr, deðiþken doðru akýmdýr). Bu da alýcýlarýn düzgün çalýþmasýný engeller. Ýþte çýkýþý tam doðru akým hâline getirebilmek için kondansatör ya da bobinler kullanýlarak süzgeç (filtre) devreleri yapýlmýþtýr. 109

118 Deðiþken Doðru Akým Zamana göre yönü deðiþmeyen, ancak deðeri deðiþen akýma deðiþken doðru akým denir. Yarým ve tam dalga doðrultmaçlarýn filtresiz çýkýþ sinyallerine nabazanlý DC, ondülasyonlu DC gibi adlar da verilir. Þekil 5.14'te deðiþken doðru akýma iliþkin örneklere yer verilmiþtir. Doðrultmaçlarda Kullanýlan Filtre Çeþitleri DC güç kaynaðý devrelerinin çýkýþ uçlarýndaki sinyalleri tam düzgün hâle getirebilmek için çeþitli filtreler kullanýlýr. Þimdi bu devreleri inceleyelim. U, I U, I Þekil 5.14: Deðiþken doðru akým örnekleri t (s) t (s) a. Kondansatörlü (C li) Süzgeç Doðrultmaç devresinin çýkýþýna paralel baðlý olan kondansatör, çýkýþ sinyalini filtre ederek düzgünleþtirir. Þekil 5.15'te görüldüðü gibi diyoddan geçen pozitif alternans maksimum deðere doðru yükselirken kondansatör (C) þarj olur. Alternans sýfýr (0) deðerine doðru inerken ise, C 1, üzerindeki yükü (akýmý) alýcýya (R y ) verir. Dolayýsýyla alýcýdan geçen doðru akýmýn biçimi (þekli) daha düzgün olur. Osilaskopla yapýlacak gözlemde bu durum görülebilir. Filtre olarak kullanýlan kondansatörün kapasite deðeri büyük olursa çýkýþtan alýnan DC daha düzgün olur. Doðrultmaç devrelerinde alýcýnýn çektiði akým göz önüne alýnarak mf arasý kapasiteye sahip elektrolitik tip kondansatörler kullanýlýr. Pratikte, 1 A çýkýþ verebilen bir doðrultmaç devresinin çýkýþýna mf lýk kondansatör baðlanmaktadýr. Yani kullanýlacak kondansatörün kapasite deðeri alýcýnýn çektiði akýma baðlýdýr. Filtre olarak kullanýlan kondansatörün çýkýþ gerilimini yükseltmesinin nedeni þöyle açýklanabilir: Kondansatörler AC nin maksimum deðerine þarj olurlar. AC nin maksimum deðeri etkin (efektif) deðerden % 41 fazla olduðundan, doðrultmacýn çýkýþýndaki DC, giriþteki AC gerilimden yaklaþýk % 41 oranýnda daha yüksek olur. Devrenin çýkýþýna yük baðlanýnca gerilimdeki bu yükselme düþer. Örneðin, 12 volt çýkýþ verebilen bir trafo kullanýlarak tam dalga doðrultmaç devresi yapýlýrsa, devrenin çýkýþýna alýcý baðlý deðilken yapýlan ölçümde voltmetre voltluk bir deðer gösterir. Çünkü 12 voltluk AC'nin maksimum deðeri U maks = U etkin.1,41 = 16,92 volttur C R y - Þekil 5.15: C'li süzgeç b. Bobinli (L li) Süzgeç Bobinler, üzerlerinden geçen dalgalý akýmlarýn deðiþmelerine (salýným yapmasýna) karþý koyarlar. Þekil 5.16'da görüldüðü gibi diyodlarýn çýkýþýna baðlanan bir bobin, dalgalý (titreþimli) olan DC sinyalin azalýp çoðalmasýný belli oranda önleyerek çýkýþa baðlý olan alýcýdan daha düzgün akýmýn geçmesini saðlar. Bobinin filtreleme (süzme) iþlemini yapma þekli þöyle açýklanabilir: Bobinlere deðiþken 110

119 özellikli akým uygulandýðýnda + sargýlarýn etrafýnda L bir manyetik alan R y oluþur. Bu alan, kendisini oluþturan - etkiye (akýma) karþý koyar. Yani Þekil 5.16: L'li süzgeç yükselen giriþ akýmýný bastýrýr. Uygulanan akým kesilince ise bobin etrafýndaki alanýn aniden sýfýr deðerine doðru azalmasý nedeniyle bobinde bir gerilim (EMK) oluþur. Bu EMK þebekenin geriliminde yükseltme etkisi yapar. Yani, diyodun çýkýþýnda bulunan dalgalý (salýnýmlý) akým sýfýrdan itibaren yükselirken bobin bunu bastýrmaya çalýþýr. Akým tepe deðerinden sýfýra doðru inerken ise bobin bir EMK oluþturarak alýcýya giden gerilimi yükseltmeye çalýþýr. Süzgeç olarak kullanýlan bobinler (þok bobini), ince çelik saclarýn ya da ferritten yapýlmýþ nüvelerin üzerine sarýlmýþ izoleli iletkenlerden oluþur. Bobinde kullanýlan iletkenin kesiti ve sarým sayýsý devrenin akýmýna baðlý olarak deðiþir. c. Bobin ve Kondansatörlü (L-C) Süzgeç Bobin ve kondansatör bir arada kullanýldýðýnda çýkýþtan alýnan DC daha düzgün olur. Filtre devresindeki bobin çýkýþtaki titreþim (salýným, + L ripl) oranýný biraz C 1 R y düþürür. Daha sonra kondansatör dolup - boþalarak alýcýya giden akýmýn çok düzgün hâle Þekil 5.17: L-C süzgeç gelmesini saðlar. d. Kondansatör, Bobin, Kondansatörlü (CLC, p Tipi) Süzgeç En iyi süzgeç devresidir. Hassas yapýlý ve kaliteli devrelerin çýkýþýnýn filtre edilmesinde kullanýlýr. Diyodlarýn çýkýþýndan gelen dalgalý (salýnýmlý) + L akým, C-L-C'den C C R 1 2 y oluþan süzgeç - devresinden geçerken üç etkiye maruz kalarak Þekil 5.18: CLC süzgeç düzgün bir akýma dönüþür. CLC filtrenin çalýþma ilkesi þöyle açýklanabilir: Þekil 5.18'de görüldüðü gibi devrenin giriþine gelen salýnýmlý DC, C 1 tarafýndan biraz düzgünleþtirilir. Ardýndan bobin kendine has özelliðinden dolayý, yükselmek isteyen sinyalleri bastýrýrken, alçalmak isteyen sinyalleri ise yükseltir. 111

120 Bobinden sonraki noktada DC özellikli sinyaller oldukça düzelmiþ bir hâle gelir. Çýkýþta bulunan C 2, sinyallerin filtreleme iþlemini bir kez daha yaparak elde edilen DC'nin tam düzgün hâle gelmesini saðlar. D. DC Güç Kaynaklarýnda Kullanýlan Regüle (Regülatör) Devreleri Deðiþik deðerlerde akýmlar çeken devrelerden oluþan elektronik cihazlardaki akým deðiþikliði, aygýtý besleyen güç kaynaðýnýn çýkýþ geriliminde deðiþiklik yapar. Ancak, güç kaynaklarýnýn çýkýþ geriliminin sabit kalmasý istenir. Ýþte bu sakýncayý gidermek için regülelì güç kaynaklarý yapýlarak deðiþken akýmlara karþý çýkýþ geriliminin sabit kalmasý saðlanmaktadýr. Hassas yapýda olan elektronik cihazlara sabit deðerli DC saðlamak için çeþitli tiplerde regüle devreleri geliþtirilmiþtir. Þimdi bunlarý inceleyelim a. Zener Diyodlu Basit Paralel Regülatör Þekil 5.19'da verilen basit paralel regülatör devresinde giriþ gerilimi 15 volt olmasýna raðmen çýkýþ gerilimi 9,1 volt olmaktadýr. Devrede kullanýlan zener diyod 12 volt olursa çýkýþ 12 volt olmaktadýr. Yani giriþ gerilimi deðiþse dahî, çýkýþ hep sabit kalmaktadýr. Devrede zener diyodu aþýrý akýma karþý korumak için kullanýlan R ö direncinin deðeri: R ö = (U giriþ -U zener diyod )/I z [W ] denklemiyle hesaplanýr. Küçük güçlü regüle devresi hesaplamalarýnda I Z akýmý 5-10 ma (0,005-0,01 A) arasý bir deðerde seçilebilir. + U giriþ =15 V - R ö =270 W 9.1 V - + R y = 1 kw U çýkýþ = 9,1 V + BD135 - U giriþ =15 V R ö 1kW zener diyod 12 V - + U BE 0,6 V U çýkýþ =11,4 V Ry=1 kw Þekil 5.19: Zener diyodlu basit paralel regülatör devresi Þekil 5.20: Transistör ve zener diyodlu seri regülatör devresi b. Transistör ve Zener Diyodlu Seri Regülatör Seri regülatör devreleri NPN ya da PNP transistör kullanýlarak yapýlabilir. Þekil 5.20'de verilen devrede kullanýlan ön direnç (R ö ) zener diyodu ve transistörün beyzini aþýrý akýma karþý korur. Giriþe DC uygulanýnca zener diyod üzerinde sabit bir gerilim oluþur. Bu gerilim, transistörün beyz ucunu tetikler. Tetiklenen transistör ise iletime geçerek çýkýþa baðlý alýcýyý besler. Giriþ gerilimi deðiþse bile zener diyod sayesinde çýkýþ ayný kalýr. Bu tip devrelerde transistör alýcýya seri baðlýdýr. Çýkýþ uçlarý kýsa devre edilirse devreden aþýrý akým geçer ve transistör bozulur. Not: Seri regülatör devresinde 12 voltluk zener diyod kullanýldýðýnda BD135 adlý transistör silisyumdan yapýldýðý için çýkýþ gerilimi 11,4 V olur. 0,6 voltluk gerilim transistörün B-E uçlarý arasýnda düþer. Devrede kullanýlan transistör germanyum (AC187 vb.) olursa çýkýþ geriliminin deðeri 11,8 volt dolayýnda olur. Uygulamada kullanýlan seri regülatör devrelerinde zener diyoda paralel olarak bir kondansatör daha baðlanýr. Bu eleman, giriþ geriliminde oluþan salýnýmlarý en aza indirme görevi yapar. 112

121 c. Transistör ve Zener Diyodlu Paralel (Þönt) Regülatörler Þekil 5.21'de verilen devreye uygulanan giriþ gerilimi yükselince çýkýþ da yükselir. Bu da alýcýya paralel baðlý olan transistörün beyz ucuna baðlý zener diyodu iletime sokarak transistörün iletime geçmesine neden olur. Ýletken olan transistör artý (+) uçtan eksi (-) uca doðru belli bir akým geçirir. Transistörün þaseye doðru ilave bir akým geçirmesi R ö direncinden geçen akýmý artýrýcý etki yapar. R ö 'den geçen akýmýn artmasý bu elemanýn üzerinde düþen gerilimi yükseltir. R ö 'nün üzerinde düþen gerilimin artmasý çýkýþa baðlý olan alýcýda düþen gerilimin azalmasýna yol açar. Bu sayede alýcýya yüksek gerilim gitmesi önlenmiþ olur. Paralel regülatör devreleri çýkýþ gerilimini çok hassas olarak sabit tutamadýðýndan uygulamada pek tercih edilmez. U giriþ =15 V R ö =1-3,3 kw V BD135 Þekil 5.21: Transistör ve zener diyodlu þönt regülatör devresi U çýkýþ =12-12,6 V U giriþ =15 V + R 2 1 k R 1 1,5 k T 2 BC547 BD135 T 1 + R 4 33 k P 10 k R 3 3,3 k 9,1 V - Þekil 5.22: Hata yükselteçli seri regülatör devresi Ry=560 W U çýkýþ =9,1-10 V d. Transistörlü Hata Yükselteçli Seri Regülatörler Þekil 5.22'de görüldüðü üzere T 2 nin emiterine baðlý olan zener diyod sabit bir gerilim oluþturur. T 1 in beyzinde ise U Z +U CE2 kadar gerilim oluþur. U CE2 gerilimini pot ile deðiþtirmek mümkündür. Potun orta ucu yukarý doðru kaydýrýlýrsa U CE2 azalýr ve çýkýþ gerilimi düþer. Potun orta ucu aþaðý doðru kaydýrýlýrsa U CE2 büyüyeceðinden çýkýþ gerilimi de yükselir. Devrenin giriþ gerilimi yükselince pot üzerinden polarma alan T 2 transistörünün iletkenliði de artar. T 2 'nin iletken olmasý T 1 'in beyzindeki gerilimi ve akýmý düþürür. T 1 'in beyz akýmýnýn düþmesi ise alýcýya giden akýmý azaltýr. Alýcýnýn akýmýnýn azalmasý çýkýþ geriliminin düþmesine yol açar. Transistörlü, Regüleli DC Güç Kaynaklarýyla Ýlgili Uygulama Devreleri a. 12 Volt Sabit Çýkýþlý Seri Regüleli Güç Kaynaðý Devresi Þekil 5.23'te verilen devrede, trafo AC yi düþürür, diyodlar doðrultur, kondansatör filtre eder, R ö zener diyodu ve transistörün beyz ucunu aþýrý akýma karþý korur. Zener diyod sabit bir gerilim oluþturur. Transistör zenerden aldýðý sabit polarma gerilimiyle iletime geçerek alýcýyý besler. Devrede 12 voltluk zener diyod ve silisyum transistör kullanýldýðý için çýkýþ gerilimi 11,4 ile 12 volt arasýnda olur. 0,6 voltluk gerilim transistörün B-E uçlarý arasýnda düþer. Not: Çýkýþ uçlarý kýsa devre olursa transistör bozulur. 113

122 AC 220 V trafo (3-5 W) AC 12 V 4X1N C mf R ö 820-2,2 kw 12 V BD C mf V Þekil 5.23: 12 volt sabit çýkýþlý güç kaynaðý b V Ayarlý Çýkýþlý, Darlington Baðlantýlý DC Güç Kaynaðý Þekil 5.24'te görülen devre amatör çalýþmalar için çok iyi sonuç vermektedir. Trafo 10 W lýk olursa çýkýþ akýmý 1 ampere yakýn olmaktadýr. Devre elemanlarýnýn görevleri þöyledir: Trafo AC'yi düþürür. Diyodlar AC'yi DC'ye çevirir. C 1 kondansatörü salýnýmlý sinyalleri filtre eder. R ö zener diyodu ve T 1 transistörün beyzini aþýrý akýma karþý korur. Zener 12 voltluk sabit bir gerilim oluþturur. Pot zener diyoddan aldýðý 12 voltluk gerilimi bölerek T 1 transistörünün beyzine verir. T 1 transistörü iletime geçerek T 2 transistörünü sürer. T 2 iletime geçtiðinde ise alýcýya akým gitmeye baþlar. Çýkýþa baðlanan C 2 kondansatörü alýcýya giden DC sinyalleri bir kez daha filtre ederek tam düzgün DC sinyalin oluþmasýný saðlar. AC 12 V AC 220 V trafo (4-10 W) 4X1N4001 C mf R ö 820-2,2 kw 12 V T 1 T 2 2N3055 BC237 BD135 BC140 C mf V / 1 A P 5-50 k Þekil 5.24: 0-12 V ayarlý çýkýþlý, darlington baðlantýlý güç kaynaðý devresi Gerilim Regülatör Entegreleri DC güç kaynaðý devrelerinde montaj kolaylýðý saðlamak için bir çok elektronik devre elemaný (zener diyod, transistör, direnç vb.) bir gövde içinde birleþtirilerek DC regülatör entegreleri yapýlmýþtýr. Güç kaynaklarýnda þebeke gerilimi transformatör ile düþürülür ve diyodlarla doðrultulur, filtrelerle düzgünleþtirilir. Daha sonra regülatör entegreleriyle sabitleþtirilerek alýcýlar beslenir. Entegre gerilim regülatörlerinin bazý çeþitleri þunlardýr: 114

123 a. Pozitif (+) Çýkýþlý Gerilim Regülatörleri Þaseye göre pozitif DC verirler. Uygulamada yaygýn olarak kullanýlan tipler, 78XX, TDD16XX serisi þeklinde olup 2-24 volt arasý çýkýþ veren modelleri yaygýndýr. 78XX 78XX serisi regülatör entegrelerinin çýkýþ akýmlarý çeþitli deðerlerde (100 ma, 500 ma, 1 A, 2 A gibi) olurken, TDD16XX serisi entegrelerin çýkýþ akýmý 500 ma dir. Regülatör entegreleri büyük akým taþýyorsa ortaya çýkabilecek ýsýyý azaltmak için soðutucu plâkalar 1: giriþ kullanýlmalýdýr. 2: þase (gnd.) 78XX serisi pozitif çýkýþlý regülatör entegrelerinin çeþitli 3: çýkýþ tiplerinin özellikleri þöyledir: *78XX serisi regülatörlerin çýkýþ akýmý 1 A dir. Þekil 5.25: 78XX serisi pozitif Çeþitleri: 7805, 7806, 7808, 7809, 7810, 7812, 7815, çýkýþlý regülatör entegrelerinin 7818, 7824 ayaklarýnýn diziliþi *78SXX serisi regülatörlerin çýkýþ akýmý 2 A dir. Çeþitleri: 78S05, 78S06, 78S08, 78S09, 78S10, 78S12, 78S15, 78S18, 78S24 Regülatör Entegrelerinin Sabit Akým Kaynaðý Olarak Kullanýlýþý 78XX serisi gerilim regülatörleri sabit akým veren eleman olarak da kullanýlabilir. Bunu yapabilmek için entegrenin çýkýþýna seri olarak direnç eklenir. Elemanýn þasesi ise eksi uca deðil, entegreye seri olarak baðlanan direncin çýkýþýna baðlanýr. Örneðin 7805 adlý regülatör entegresinin þase ucu 50 W luk seri direnç ile birlikte pozitif çýkýþa baðlanacak olursa çýkýþ akýmý, I çýkýþ = U/R = 5/50 = 0,1 A = 100 ma olur. Sabit akým çýkýþlý devrelerin kullaným alanlarýndan birisi pil þarj devreleridir. giriþ 3-35 V DC giriþ 7805 þase çýkýþ R 1 50 W 1 W çýkýþ 79XX 1: giriþ 2: þase 3: çýkýþ Þekil 5.26: Regülatör entegrelerinin sabit akým kaynaðý olarak kullanýlýþý b. Negatif (-) Çýkýþlý Gerilim Regülatörleri Þaseye göre negatif DC verirler. Yaygýn olarak kullanýlan çeþitleri: 7905, 7906, 7908, 7909, 7912, 7915, 7918, 7924'tür. 79XX serisi negatif çýkýþlý regülatör entegrelerinin çeþitli tiplerinin özellikleri þunlardýr: *79XX serisi regülatörlerin çýkýþ akýmý 1 A Çeþitleri: 7905: -5 V, 7906: -6 V, 7908: -8 V, 7912: -12 V, 7918: -18 V, 7924: -24 volt sabit çýkýþ vermektedir. 115 Þekil 5.27: 79XX serisi negatif çýkýþlý regülatör entegrelerinin ayaklarýnýn diziliþi

124 c. Kademeli Çýkýþ Veren Regülatör Entegreli Devreler Regülatör entegrelerinde þaseye giden uca baðlanan zener diyod, doðrultmaç diyodu ya da dirençlerle devrenin çýkýþ gerilimi deðiþtirilebilir. 4X1N4001 giriþ çýkýþ I. LM317T Entegreli, Kademeli Çýkýþlý DC Güç Kaynaðý Devresi Þekil 5.28'de görülen LM317T regülatör entegreli kademeli güç kaynaðý devresinde çýkýþ geriliminin deðeri, AC 220 V AC 30 V mf U çýkýþ = U ref.(1 + R 2 /R 1 ) + I ADJ.R 2 [V] denklemiyle bulunabilir. Denklemde: R 2 : R A...R E U ref = 1,25 V I ADJ = ma dir. + - LM317T ayar U ref R A R B R C R D R E R W Þekil 5.28: LM317T'li kademeli çýkýþlý güç kaynaðý devresi R mf LM317T 1: giriþ 3: çýkýþ A: ayar + Giriþ 5-37 V giriþ ayar (adj.) I adj 100 nf LM317T çkýþ U ref R W R 2 5 kw 10 mf 35 V 1,2-37 V çýkýþ - Þekil 5.29: LM317T serisi ayarlý çýkýþlý regülatör entegrelerinin ayaklarýnýn diziliþi Þekil 5.30: LM317T'li ayarlý çýkýþlý güç kaynaðý devresi d. Ayarlý Çýkýþ Veren Regülatör Entegreli Devreler Bu tip regülatör entegreleriyle çýkýþ gerilimi geniþ bir sýnýr içinde ayarlanabilmektedir. Þekil 5.30'da LM317T'li 1,2-37 volt ayarlý çýkýþlý güç kaynaðý devresi verilmiþtir. LM317T kodlu regülatör entegresi 1 A çýkýþ akýmý ve 1,2-37 volt arasý ayarlý, regüleli çýkýþ gerilimi verebilmektedir. Ayrýca bu regülatör entegresinin içinde kýsa devre korumasý da vardýr. Entegrenin giriþine uygulanabilecek gerilimi, 5-37 volt arasýnda deðiþebilir. LM317T regülatör entegresiyle yapýlan ayarlý güç kaynaðý devresinde çýkýþ geriliminin deðeri, U çýkýþ = U ref.(1 + R 2 /R 1 ) + I ADJ.R 2 [V] denklemiyle bulunabilir. Denklemde, U ref = 1,25 V, I ADJ = ma dir. Örnek: R 1 = 240 W, R 2 = 2,4 kw olduðunda çýkýþ kaç volt olur? Çözüm: U çýkýþ = 1,25. ( / 240) + 0, = 13,75. 0,24 = 13,99 V 116

125 Ayarlý çýkýþ veren regülatör entegrelerinin çeþitli tiplerinin özellikleri þunlardýr: *LM317M: Çýkýþ akýmý: 500 ma LM317T: Çýkýþ akýmý: 1 A, Çýkýþ gerilimi: 1,2-37 V Not: Sabit çýkýþ vermek üzere yapýlmýþ olan regülatör entegreleri de (78XX, 79XX) ayarlý çýkýþ veren eleman olarak kullanýlabilmektedir. Regülatör Entegreli Uygulama Devreleri a Regülatör Entegresiyle Yapýlan 5 Volt Pozitif Çýkýþlý Güç Kaynaðý Þekil 5.31'de verilen devrenin çýkýþ akýmý 1 A dir. Giriþ ve çýkýþa baðlanmýþ olan küçük kapasiteli (100 nf) kondansatörler, çýkýþ gerilimindeki parazitleri (salýným, gerilimde istenmeyen yükselme ve yüksek frekanslý sinyalleri) yok etmeye yarar. Not: Devrede kullanýlan regülatör entegresi deðiþtirilerek çýkýþ gerilimi deðiþtirilebilir. Regülatör entegresi 7812 yapýldýðý zaman kullanýlan trafonun çýkýþ gerilimi de volt olmalýdýr. AC 220 V trafo (220/6V/4-10 W) AC 6 V 4X1N C mf C nf giriþ 7805 çýkýþ þase C nf +5 V - Þekil 5.31: 7805'li 5 volt sabit çýkýþlý güç kaynaðý b Regülatör Entegreli, 9 Volt Negatif Çýkýþlý DC Güç Kaynaðý Þekil 5.32'de verilen devrenin çýkýþ akýmý 1 A, çýkýþ gerilimi ise -9 volttur. AC 220 V trafo (220/9V/4-10 W) AC 9 V 4X1N4001 C mf - + C nf giriþ 7909 þase çýkýþ -9 V Þekil 5.32: 7909 entegreli "-9 volt" negatif çýkýþlý güç kaynaðý E. Gerilim Katlayýcýlar (Çoklayýcýlar) Gerilim katlayýcýlar, giriþe uygulanan AC sinyali çýkýþa katlayarak yansýtan ve bu gerilimi DC ye dönüþtüren devrelerdir. Katlayýcý devrelerinde kullanýlan diyod ve kondansatörler ucuz olduðundan ve transformatöre göre az yer kapladýðýndan tercih edilirler. Ancak diyod ve kondansatörlerle yapýlan katlayýcýlarýn çýkýþ akýmý azdýr. Televizyon, bilgisayar ekraný gibi elektronik aygýtlarda gereken yüksek gerilimi elde etmek için gerilim katlayýcýlar kullanýlýr. Bu cihazlarda kullanýlan katlayýcýlar pratikte kaskad olarak adlandýrýlýr. 117

126 Gerilim katlayýcý çeþitleri þunlardýr: a. Tam Dalga Gerilim Ýkileyiciler Þekil 5.33'te verilen devrede alternatif akýmýn birinci alternansýnýn polaritesi þemada gösterildiði gibi iþaretlenirse, D 1 diyodu doðru polarmalý olduðundan iletime geçerek C 1 kondansatörünü trafonun sekonder sargý geriliminin tepe (maks) deðerine þarj eder. D 1 diyodu iletimdeyken, D 2 diyodu ters polarmalý olduðundan kesimde (yalýtýmda) kalýr. Ýkinci alternansta trafonun çýkýþýndaki polariteler (1-2) yer deðiþtirir. Bu durumda D 1 diyodu yalýtýmda kalýrken, D 2 diyodu uygun polaritede olduðundan iletime geçerek C 2 kondansatörünü sekonder geriliminin tepe deðerine þarj eder. C 1 kondansatörü sekonder sargýnýn AC geriliminin pozitif alternansýyla, C 2 kondansatörü ise negatif alternans ile þarj olmuþ durumdadýr. C 1 ve C 2 kondansatörleri birbirine seri baðlý pil gibi olduklarýndan, devrenin çýkýþýnda giriþ geriliminin iki katý deðerde bir DC gerilim oluþur. Bu tip devrenin pratik bir kullanýmý þu olabilir: Elde mevcut olan AC 6 volt çýkýþlý bir trafonun gerilimi ikileyici ile DC 12 volt yapýlabilir. Ancak, gerilim artarken çýkýþtan alýnabilecek akýmýn da % 50 oranýnda azalacaðý unutulmamalýdýr. AC 220 V D b. Gerilim Üçleyiciler 3 1N4001 Devrede sekonder geriliminin birinci alternansýnýn polaritesi Þekil 5.34: Gerilim üçleyici devresi þekil 5.34'te gösterildiði gibi iþaretlenirse, D 1 diyodu ters polarmalý olduðundan yalýtýmda kalýrken, D 2 ve D 3 diyodlarý iletime geçerek C 1 ve C 2 kondansatörlerini þarj ederler. Sekonder geriliminin ikinci alternansýnda polariteler (+, -) yer deðiþtireceðinden, C 1 kondansatörü, sekonder geriliminin bu alternansýyla seri duruma geçer. D 1 diyodu iletimde olacaðýndan, C 3 kondansatörü C 1 kondansatörü ve sekonder geriliminin toplamýna (U sekonder +U C1 ) þarj olur. C 2 ve C 3 kondansatörleri seri baðlý iki pil gibidir. C 3 'ün üzerindeki gerilim C 2 'nin üzerindeki gerilimden iki kat daha yüksek olduðundan çýkýþa baðlý alýcý üzerinde giriþ geriliminin üç katý büyüklükte DC gerilim görülür. AC 220 V c. Gerilim n'leyiciler Gerilim katlayýcý devrelerinde kondansatör ve diyod sayýsýný uygun gerilimli ve uygun AC 6 V 2 trafo - 220V/6V D 1 1N4001 C 1 C mf 220 mf D 2 1N4001 DC 12 V çýkýþ Þekil 5.33: Tam dalga gerilim ikileyici - 1 AC 6 V 2 + C mf D 1 1N4001 D 2 1N mf 220 mf C 3 C 2 DC 18 V çýkýþ

127 U g.8 giriþ gerilimi (U g ) U g.4 Þekil 5.35: Gerilim n'leyici devresi kapasiteli olmak koþuluyla ne kadar artýrýrsak çýkýþtan o kadar yüksek gerilim elde edebiliriz. Bu nedenle çokluðu ifade edebilmek için gerilim n'leyici kavramý kullanýlýr. Örneðin gerilimi 8 kat yükseltmek istersek devrede uygun gerilimli 8 adet kondansatör ve 8 adet diyod kullanmamýz gerekir. Aslýnda gerilim n'leyici devreleri gerilim ikileyici devrelerinin arka arkaya baðlanmasýyla oluþturulmaktadýr Þekil 5.35'te verilen þemada C 1 kondansatörü U giriþ gerilimi deðerine þarj olurken, bundan sonraki bütün kondansatörler 2.U giriþ deðerine þarj olmaktadýr. Devrede C 2, C 4, C 6, C 8 kondansatörlerinde bulunan 2.U giriþ deðerindeki voltajlar toplanacak olursa çýkýþýn 8.U giriþ deðerinde olduðu görülür. Sorular 1. Doðrultmaçlarda kullanýlan filtre çeþitlerini çizerek gösteriniz. 2. Köprü diyodlu doðrultmaç devresini ve giriþ çýkýþ sinyallerini çizerek, devrenin çalýþmasýný anlatýnýz. 3. Seri regülatörlü, 0-12 volt ayarlý çýkýþlý güç kaynaðý devresini çiziniz. Devredeki elemanlarýn görevlerini yazýnýz. 4. Gerilim ikileyici devresini çizerek anlatýnýz. 119

128 Bölüm 6: Transistörlü Yükselteçler A. Transistörlü Yükselteçleri DC ile Polarma Yöntemleri Küçük genlikli (zayýf) elektrik sinyallerini güçlendirmek için kullanýlan devrelere yükselteç denir. Mikrofon, anten, teyp okuyucu kafasý, pikap iðnesi vb.'den gelen zayýf sinyaller transistörlü ya da entegreli yükselteçlerle güçlendirilir. Yükselteç, mikrofon, teyp kafasý vb. elemanlardan gelen elektrik sinyallerini büyütüyorsa bu tip devrelere anfi (amplifikatör) adý verilir. Ses sinyallerini yükselten devreler ön yükselteç, sürücü, güç katý gibi devrelerden oluþur. Ön yükselteç (preamplifikatör) katý, mikrofon, teyp kafasý gibi elemanlardan gelen mikrovolt ilâ milivolt düzeyindeki zayýf sinyalleri genlik (gerilim) bakýmýndan yükselterek sürücü katýna verir. Sürücü katý bu sinyalleri bir miktar daha yükselterek güç katýna gönderir. Bu bölümde, transistörlerle yapýlan ses frekans (16 Hz - 16 khz arasý frekanslara sahip sinyaller) yükselteç devrelerinin yapýsý, özellikleri ve çalýþmasý hakkýnda temel bilgiler verilecektir. Polarma (Ön Gerilimleme, Kutuplama) Kavramý Daha önceki konularda (diyodlar, transistörler) gördüðümüz gibi polarma, yarý iletkenlerden yapýlmýþ devre elemanlarýnýn istenilen noktada çalýþmasý için gereken DC gerilim anlamýna gelmektedir. Örneðin silisyumdan yapýlmýþ 1N4001 kodlu doðrultmaç diyodunun iletime geçirilebilmesi için en az 0,6-0,7 voltluk polarma geriliminin uygulanmasý gerekmektedir. Ayný þekilde yükselteç devrelerinde kullanýlan transistörlerin beyz uçlarý, dirençler kullanýlarak DC ile polarýlýr. Devrede kullanýlan transistörün polarma akým ve geriliminin deðeri devrenin çalýþma özelliðine göre deðiþir. Transistörlü devrelerde polarma iþlemi çeþitli biçimlerde yapýlýr. Her yöntemin kendine göre özellikleri vardýr. Dengeleme, çalýþmaya hazýr hâle getirme anlamýna gelen polarma iþlemi, yükseltecin giriþine AC özellikli sinyal uygulanmadan önce DC besleme kullanýlarak transistörün istenilen noktada çalýþtýrýlmasý amacýyla yapýlýr. Giriþe AC özellikli sinyaller uygulanmadan önce yükselteç devresinin çektiði akýmlara boþta çalýþma, sükunet, quiscent akýmlarý adý verilir. Transistörler sýcaklýða duyarlý bir elemandýr. Ortam sýcaklýðýnýn aþýrý deðiþimi, transistörün b akým kazancý, U BE gerilimi ve I C akýmýnýn deðiþmesine neden olur. Yani devrenin dengesi bozulur. Transistörlü Yükselteç Devrelerinde DC Polarma Yöntemleri a. Basit (Sabit, Seri) Polarma Uygulanmasý kolay olan bir polarma çeþididir. Yükselteçte kullanýlan transistörün beyz ucunu beslemede kullanýlan R B direnci U CC kaynaðýna seri olarak baðlandýðýndan devre seri polarma olarak da adlandýrýlýr. Basit polarmalý devrenin çalýþma noktasý sýcaklýk artýþlarýnda aþýrý derecede deðiþmektedir. O nedenle basit polarmalý yükselteçler, oda sýcaklýðýnda, düþük kolektör akýmý ve gerilimine sahip basit (hassas olmayan, amatör amaçlý) devrelerde kullanýlmaktadýr. Þekil 6.1'de verilen devrede görüldüðü gibi beyz ucuna baðlanmýþ olan direnç transistörün 120

129 giriþine DC akým saðlar. R B üzerinden beyze gelen akýmýn deðerine göre C ucundan E ucuna belli bir akým geçiþi olur. Beyze uygulanan akým ayný zamanda transistörün C ucundaki gerilimin (U C ) deðiþmesini de saðlar. B ucuna DC akým verilmediði zaman ise C-E arasý direnç çok yüksek olur. Bundan dolayý devreye uygulanan U CC geriliminin tamamý C-E arasýnda düþer. Örneðin U CC = 12 V ise, U C gerilimi de 12 V olur. Beyz (B) ucuna verilen akým arttýkça C-E arasý direnç azalacaðýndan U C gerilimi düþmeye baþlar. Polarma direncinden (R B ) geçen akým, I B = (U CC -U BE) /R B denklemiyle bulunur. (Silisyumdan yapýlmýþ transistörlerde U BE = 0,6-0,7 volt olarak kabul edilir.) basit polarma direnci C giriþ U giriþ R B NPN R C +U cc U çýkýþ Þekil 6.1: Basit polarmalý yükselteç devresi Bazý hesaplamalarda U BE deðeri küçük olduðundan ihmal edilebilir. Bu durumda, I B = U CC /R B þeklinde yazýlabilir. Devrede kolektörden geçen akým, I C = b.i B ile bulunur. C-E uçlarý arasýnda düþen gerilim ise, U C = U CC -I C.R C ile hesaplanýr. T U C Örnek1: U CC = 12 V R C = 6 kw b = 200 a. I Cmax =? (Transistör doyum noktasýnda çalýþtýðýnda kolektörden geçen akým) b. I BO =? (Giriþe sinyal uygulanmadan önceki beyz akýmý) c. R B =? Çözüm: a. I Cmax = U CC /R C = 12/6000 = 0,002 A = 2 ma I CO = I Cmax /2 = 1 ma Hatýrlatma: Yükselteç hesaplarýnda giriþ sinyali yokken transistörün kolektöründeki gerilimin U CC /2 deðerinde olmasý gereklidir. b. I BO = I CO /b = 1/200 = 0,005 ma Transistörün beyz - emiter arasý direnç deðeri (R BE ) yok sayýlýrsa, c. R B = U CC / I BO = 12 / 0,005 = W = 2400 kw olur. Eðer transistörün B-E ekleminin direncini ihmal etmeyip, U BE gerilim düþümünü 0,6 V olarak kabul edersek: R B = (U CC -U BE ) / I BO = (12-0,6) / 0,005 = W = 2280 kw olarak bulunur. Örnekdeki hesaplamalarýn yapýlýþ þeklini þöyle açýklayabiliriz: Transistörlü yükseltecin çalýþabilmesi için giriþe hiç sinyal uygulanmazken, transistörün C ayaðýnda U CC /2 kadar bir gerilimin olmasý gereklidir. Bu gerilimin oluþabilmesi için ise transistörün B ucuna baðlanan R B ya da kolektöre baðlanan R C direncinin deðeri hesaplamalarla belirlenir. Eðer hesaplamalar yanlýþ yapýlýp uygun olmayan dirençler baðlanacak olursa çýkýþ sinyalleri hatalý (distorsiyonlu) olur. Verilen örnekte besleme gerilimi 12 volttur. O hâlde transistörün U C gerilimi 6 volt olmalýdýr. 121

130 Kolektör direnci R C = 6 kw olarak seçildiðine göre, transistör tam iletken olduðu anda devreden U CC nin geçirebileceði maksimum akým, I Cmax = U CC /R C denklemine göre 2 ma olarak saptanýr. Devrenin dengeli olabilmesi için U C geriliminin 6 V olmasý gerektiðini belirtmiþtik. Bu deðerden yola çýkarak U RC üzerinde düþen geriliminin de 6 V olacaðý anlaþýlýr. Giriþ sinyali yokken U C geriliminin 6 V olabilmesi için I CO akýmýnýn I CO = I Cmax /2 denklemine göre 1 ma olmasý gerektiði ortaya çýkar. b = I C /I B olduðuna göre buradan I B nin denklemi yazýlýrsa, I B = I C /b = I CO /b = 1/200 = 0,005 ma bulunur. Devrenin besleme gerilimi 12 volt, transistörün beyz akýmý 0,005 ma olmasý gerektiðine göre beyz direnci R B = (U CC - U BE ) / I BO denklemini kullanarak 2280 kw olarak bulunur. Örnek: Þekil 6.1'de verilen basit polarmalý yükselteç devresinde, U CC = 15 V, U BE = 0,7 V, b = 80, R C = 5 kw (5000 W ) R B = 500 kw ( W ) olduðuna göre, a. U RB, b. I B, c. I C, d. U RC, e. U C deðerlerini bulunuz. Çözüm: a. U CC = U RB + U BE denkleminden U RB çekilirse, U RB = U CC -U BE = 15-0,7 = 14,3 V b. I B = U / R RB B = 14,3 / = 28,6 ma c. I C = b.i B = 80.28,6 = 2,288 ma d. U RC = I C.R C = 2, = 11,44 V e. U CC = U RC +U C denkleminden U C çekilirse, U C =U CC -U RC =15-11,44 = 3,56 V bulunur. b. Transistörün Emiter Ayaðýna Direnç ve Kondansatör Baðlý Basit Polarma (Emiteri Dengelenmiþ Polarma) Þekil 6.2'de görüldüðü gibi kolektör akýmýnýn kararlýlýðýný saðlamak için emiter ayaðýna seri bir direnç eklenir. Bu direnç R B direnci üzerinden gelen DC akýmlarýn aþýrý artmasýna karþý geri besleme yapar. Yani beyz akýmýnýn fazla artmasýný engeller. R E direncine paralel baðlý C E kondansatörü AC özellikli akýmlarý R E 'den deðil kendi üzerinden geçirerek yükselteç kazancýný ve çalýþma noktasýný sabit tutmaya yarar. C E ye dekuplaj (by-pass) kondansatörü adý verilir. Devre çalýþýrken kolektör akýmý artacak olursa emitere baðlý olan R E nin üzerinde düþen gerilim de artar. Oluþan gerilim otomatik olarak beyzden gelen akýmý azaltýr. Buna negatif geri besleme denir. U giriþ C giriþ R B T NPN U C + U cc R C C çýkýþ U çýkýþ U CE R E C E Þekil 6.2: Transistörün emiter ayaðýna R E direnci ve C E kondansatörü baðlanmýþ basit polarmalý yükselteç devresi 122

131 Transistörlü Yükselteç Devrelerinde Beyze Seri Baðlanan Kondansatörün (C giriþ ) Görevleri I. Giriþ sinyallerinin uygulandýðý kýsma seri baðlanan kondansatör devrenin çalýþmasýný saðlayan besleme kaynaðýnýn (U CC ), yükseltilmek istenen sinyalleri veren kaynaðýn (mikrofon vb.) üzerinden akým geçirmesini engeller. Þöyle ki; giriþe bir mikrofon baðlýysa ve C giriþ kullanýlmamýþsa U CC den gelen akým mikrofon üzerinden geçebilir. Bu ise mikrofonun çalýþma düzenini bozar. II. Giriþten gelen sinyallerin sadece belli bir bölümü yükseltece geçer. Çok düþük frekanslý sinyallere karþý C yüksek direnç göstereceðinden bu sinyaller transistörün beyzine ulaþamaz. Yani beyze baðlanan C'nin görevi þu þekilde de açýklanabilir: C sayesinde DC sinyallerin etkisi bastýrýlmýþ olur. III. Giriþe C baðlanmadýðý taktirde yükseltilecek sinyalleri üreten elemanýn (mikrofon, teyp kafasý, sinyal jeneratörü vb.) direnç deðeri transistörün B-E uçlarý arasýna baðlý olan polarma direnciyle paralel baðlý durum arz edeceðinden B - E arasý direnç deðeri düþer. Bu ise devrenin çýkýþýnda U CC /2 deðerinden daha yüksek bir gerilim oluþmasýna yol açar ve çýkýþ sinyalleri bozulur. Hatýrlatma Kondansatörler DC akýmlarý üzerlerinden geçirmezler. Sadece dolana kadar akým çekerler. AC akým ise kondansatörden kolayca geçer. AC sinyalin uygulandýðý bir kondansatör besleme gerilimine sadece bir miktar direnç gösterir. Bu direnç X C olarak tanýmlanýr. X C 'nin deðeri elemana uygulanan sinyalin frekansýna baðlý olarak deðiþir. Þöyle ki; bir kondansatörün direncini hesaplamada kullanýlan denklem, X C =1/2.p.f.C [W ] dur. Burada kondansatöre uygulanan akýmý DC olarak kabul edersek, DC'nin frekans deðeri 0 olduðundan C'nin kapasitif reaktans (X C ) deðeri sonsuz ohm çýkar. Öte yandan kondansatöre uygulanan sinyal salýnýmlý yani frekanslý olduðunda ise X C deðeri azalmaya baþlar. Yani sinyalin frekans deðeri yükseldikçe denklemde görüleceði üzere X C deðeri azalýr. c. Otomatik (Geri Beslemeli) Polarma Þekil 6.3'te verilen devrede bulunan R B direnci beyz polarma akýmýný ve DC negatif geri beslemeyi saðlar. Yüksek deðerli giriþ sinyallerinde beyz akýmý ve buna baðlý olarak kolektör akýmý artar. Kolektör akýmýnýn artmasý R C uçlarýndaki gerilimi artýrýrken transistörün C-E uçlarý arasýndaki gerilimin (U C ) düþmesine neden olur. U C gerilimi düþünce ise B ye giden DC polarma akýmý otomatik olarak azalmýþ olur. Giriþ sinyali azaldýðýnda I C akýmý azalýr, U C gerilimi yükselir ve beyze giden DC polarma akýmý da eski seviyesine doðru artar. Beyz akýmýnýn artmasý kolektör akýmýný otomatik olarak bir miktar artýrýr. U C gerilimi çalýþma noktasýna yakýn bir yere yükselir. Böylece yükselen ve alçalan giriþ sinyallerinde devre kararlýlýðýný kendi kendine ayarlar. Bu polarma yöntemi giriþ sinyalinin zayýf olduðu, 100 nf C giriþ U giriþ R B 100 k 12 V NPN T BC547 U C +U cc R C 10 k U çýkýþ Þekil 6.3: Otomatik polarmalý yükselteç devresi 123

132 kazancýn sabit tutulmak istendiði basit yükselteç devrelerinde kullanýlýr. Otomatik polarmalý yükselteç devresinde hesaplamalarýn yapýlýþý þöyledir: Giriþ devresinin denklemi: U CC = (I B + I C ).R C + I B.R B + U BE I C akýmý I B cinsinden yazýlýrsa: U CC = (I B + b.i B ).R C + I B.R B + U BE elde edilir. Bu denklemden I B akýmý çekilirse: (U CC -U BE ) I B = denklemi bulunur. [R B +(b + 1).R C ] Örnek: b = 80, U BE = 0,7 V I CO = 4 ma U CC = 12 V a. U C =? b. R C =? c. I B =? d. R B =? e. U RC =? Çözüm: a. U C = U CC / 2 = 6 V b. R C = (U CC - U C) / I CO = (12-6)/0,004 = 1500 W c. I B = I CO / b = 4 / 80 = 0,05 ma d. R B = (U CC - U BE) / I B = (12-0,7) / 0,05 = W = 226 kw e. U RC = I CO.R C = (b.i B ).R C = (80.0,00005).1500 = 6 V d. Ýdeal (Tam Kararlý, Birleþik) Polarma En çok kullanýlan polarma biçimidir. Beyz polarmasý gerilim bölücü iki dirençle saðlanýr. Devrede kullanýlan R B1 'e polarma direnci, R B2 'ye ise stabilizasyon (kararlýlýk) direnci denir. Emiterdeki R E direncine paralel baðlý C E kondansatörü dekuplaj (AC özellikli sinyalleri þaseye aktarýcý) görevi yapar. Þekil 6.4'te görülen devrede kullanýlan transistörün sýcaklýðý arttýðýnda I C akýmý b.i B deðeri kadar artar. I C nin artmasý R E 'de düþen gerilimi artýrýr. R B2 üzerinde düþen gerilim sabit olduðundan U RE 'nin artmasý I B akýmýnýn azalmasýna neden olur. Yani R E üzerinde oluþan U RE gerilimi I B akýmýnýn fazla artmasýný engeller. (Bu engellemeye negatif geri besleme denir.) Beyz akýmýnýn azalmasý durumunda ise I C akýmý da b.i B kadar azalýr. Böylece devre kararlý hâle gelir. 100 nf C giriþ U giriþ R B2 10 k + U cc Þekil 6.4: Ýdeal polarmalý yükselteç devresi Transistörlü Yükselteçlerde Geri Besleme (Feed Back) Geri besleme iþlemi yükselteçlerin dengeli ve istenilen kazanç deðerinde çalýþmasýný ya da osilatör olarak görev yapmasýný saðlamak için uygulanýr. Bir yükselteç devresinin çýkýþýndan alýnan sinyalin küçük bir kýsmý þekil 6.5'te görüldüðü gibi ters çevrilerek devrenin giriþine uygulanýrsa, giriþe uygulanan sinyal azalýr. Dolayýsýyla çýkýþ 124 R B k NPN U C T R E R C 270 W 1 k C çýkýþ 100 nf U çýkýþ - AC187 BD mf C E 12 V +

133 + giriþ - + negatif geri besleme daha küçük çýkýþ giriþ yükselteç Þekil 6.5: Transistörlü yükselteçlerde negatif geri besleme negatif geri besleme çýkýþ daha küçük çýkýþ + giriþ + pozitif geri besleme giriþ çýkýþ yükselteç - daha büyük çýkýþ pozitif geri besleme daha büyük çýkýþ Þekil 6.6: Transistörlü yükselteçlerde pozitif geri besleme sinyali de zayýflar. Buna negatif geri besleme denir. Çýkýþtan alýnan sinyalin bir kýsmý þekil 6.6'da görüldüðü gibi ayný yönlü olarak giriþe uygulandýðýnda ise çýkýþ sinyali daha fazla büyür. Buna ise pozitif geri besleme adý verilir. Emiteri þase yükselteç devrelerinde transistörün emiter ayaðýna baðlanan dirençle yapýlan geri beslemeye seri ya da negatif geri besleme denir. Þekil 6.2 ve 6.4'e bakýnýz. Burada kullanýlan R E direnci, I E ve I B akýmýnýn aþýrý yükselmesini engeller. Þöyle ki; R E 'den geçen akým büyüdükçe üzerinde düþen U RE gerilimi yükselir. Bu da beyz tetikleme akýmýnýn azalmasýna yol açar. I B azalýnca I C de azalýr. Transistörlü yükselteçlerde beyz polarma direncinin üst ucunun, transistörün kolektörüne baðlanmasýyla yapýlan geri beslemeye ise paralel geri besleme (ya da otomatik polarma) denir. Þekil 6.3'e bakýnýz. Bu uygulamada, beyz akýmýnýn artmasý transistörün iletkenliðini artýrýr. Ardýndan C-E arasý direnç küçülür, C'nin þaseye göre gerilimi (U C ) düþer, ve beyze giden polarma gerilimi azalacaðýndan I B düþer. I B akýmýnýn düþmesi ise U C gerilimini yükseltir. B. Transistörlü Yükselteçlerin Baðlantý Þekillerine Göre Sýnýflandýrýlmasý Transistörler üç deðiþik biçimde baðlanarak çeþitli özelliklere sahip yükselteçler yapýlabilmektedir. Þimdi bu devreleri inceleyelim. a. Emiteri Ortak Baðlý (Emiteri Þase, CE Tipi, Common Emitter) Yükselteçler Uygulamada kullanýlan yükselteçlerin yaklaþýk % 90'ý emiteri ortak baðlý tiptedir. Bu tip devre oluþturulurken dirençlerin deðerleri öyle hesaplanýr ki; giriþe sinyal gelmezken transistörün kolektör ayaðýnýn þaseye göre olan geriliminin (U C ), U CC geriliminin yarýsý deðerde (U C = U CC/2) olmasý saðlanýr. Giriþe uygulanan AC özellikli sinyal pozitif ve negatif yönlü olmak üzere iki parçadan oluþur. Þimdi bu sinyallerin nasýl yükseltildiðini inceleyelim. Þekil 6.4'te görüldüðü gibi pozitif yönlü giriþ sinyali beyz ucuna uygulandýðýnda beyz tetiklenme akýmý artar. Buna baðlý olarak I C akýmý yükselir. I C yükselirken U C gerilimi sýfýra doðru azalýr. Giriþ sinyali negatif olduðunda ise I B akýmý azalýr. I B 'nin azalmasý I C 'yi de azaltýr. I C azalýnca U C gerilimi maksimum deðere doðru yükselir. Görüldüðü üzere, emiteri þase yükselteçlerde giriþ sinyalindeki deðiþme çýkýþta ters yönlü ve genlik bakýmýndan büyümüþ olarak karþýmýza çýkar. Çýkýþa baðlanan hoparlörden geçen akým giriþ sinyaline benzediðinden, mikrofondan gelen zayýf ses sinyalleri güçlendirilmiþ olur. 125

134 Emiteri þase yükselteçlerde çýkýþ sinyali giriþin tersi olduðundan, bunlara eviren (inverting) yükselteç de denir. Daha özet bir anlatýmla, transistörün C ucunda bulunan U CC /2 deðerindeki gerilim, giriþe uygulanan sinyale göre sýfýr ile maksimum gerilim arasýnda deðiþerek AC özellikli ve güçlenmiþ bir sinyal oluþturmaktadýr. Þekil 6.4'te verilen emiteri þase yükselteç devresinde, I. R B polarma direnci yanlýþlýkla büyük seçilirse beyz polarma akýmý azalýr ve transistörün kolektör ucunda þaseye göre oluþan gerilim temel kurala uymayarak U CC /2'den büyük olur. Bu durumda giriþe AC sinüsoidale benzer bir sinyal uygulandýðýnda negatif yönlü sinyaller tam olarak oluþur ancak pozitif alternanslarýn þekli bozulur. Yani pozitif alternanslarda kýrpýlma olur. Þekil 6.7-b'ye bakýnýz. II. R B polarma direnci yanlýþlýkla küçük seçilirse beyz polarma akýmý artar ve transistörün kolektör ucunda þaseye göre oluþan gerilim temel kurala uymayarak U CC /2'den küçük U CC U C = 2 U C U C U C U giriþ U çýkýþ Þekil 6.7: Transistörlü yükselteçlerde U C geriliminin deðerine göre çýkýþ sinyallerinde ortaya çýkan bozulmalar (distorsiyon) olur. Bu durumda giriþe AC sinüsoidale benzer bir sinyal uygulandýðýnda pozitif yönlü sinyal tam olarak oluþur ancak negatif alternanslarýn þekli bozulur. Yani negatif alternanslarda kýrpýlma olur. Þekil 6.7-c'ye bakýnýz. Emiteri Ortak Baðlý Yükselteçlerin Bazý Teknik Özellikleri I. Giriþ empedanslarý orta (500 W W ) deðerdedir. II. Çýkýþ empedanslarý büyüktür (10000 W W ). III. Gerilim kazançlarý yüksektir. IV. Akým kazançlarý 1'den büyüktür. V. Güç kazançlarý çok yüksektir. VI. Faz deðiþtirme (evirme, inverting) yaparlar. Yani giriþ sinyali ile çýkýþ sinyali arasýnda 180 lik faz farký vardýr. b. Beyzi Ortak (Beyzi Þase, CB Tipi, Common Base) Baðlý Yükselteçler Þekil 6.8'de görüldüðü gibi giriþ sinyali pozitif olduðunda transistör kesime doðru gider. Transistörün C-E uçlarý arasýndaki direnç arttýðýndan kolektör ucundaki gerilim (sinyal) pozitif yönde yükselir. Giriþ sinyali negatif olduðunda transistörün iletkenliði artar. Çýkýþ sinyali negatif yönde azalýr. U CC 2 U CC 2 (a) (b) (c) Beyzi Ortak Baðlý Yükselteçlerin Bazý Teknik Özellikleri I. Giriþ empedanslarý çok küçüktür (200 W -500 W ). II. Çýkýþ empedanslarý yüksektir (50 kw -1,5 MW ). III. Gerilim kazançlarý yüksektir. IV. Orta derecede güç kazançlarý vardýr. 126

135 V. a akým kazançlarý 1'den küçüktür. VI. Üst frekans sýnýrý yüksektir. O nedenle yüksek frekanslý devrelerde bu tip baðlantý çok kullanýlýrlar. VII. Faz deðiþtirme (evirme) yapmazlar. C giriþ U giriþ 100 nf R E 10 k BC547 c. Kolektörü Ortak Baðlý (CC Tipi, Common Collector) Yükselteçler Devrede transistörün kolektör ucu C C kondansatörü ile AC bakýmdan þaseye baðlanmýþtýr. C C 'ye dekuplaj ya da by-pass (aþýrtma) kondansatörü adý verilir. Þekil 6.9'da verilen kolektörü C þase yükselteç devresinde giriþ giriþ sinyalinin pozitif alternansýnda I B akýmý artar. I B akýmýnýn 100 nf artmasý I C ve I E akýmlarýný yükseltir. R E üzerinde oluþan gerilim pozitif yönde yükselir. Giriþ sinyalinin negatif U alternansýnda I B akýmý azalýr. I giriþ B akýmýnýn azalmasý I C ve I E akýmlarýný düþürür. R E üzerinde oluþan gerilim negatif yönde düþer. Yükselteçte çýkýþ sinyali emiterden alýndýðýndan bu yükselteçlere emiter izleyici de denir. + U cc R C 10 k C çýkýþ 100 nf U çýkýþ Kolektörü Ortak Baðlý Yükselteçlerin Bazý Teknik Özellikleri I. Giriþ empedanslarý büyüktür (5kW -1,5 MW ). II. Çýkýþ empedanslarý küçüktür (10 W -500 W ). III. Gerilim kazançlarý 1'den biraz küçüktür (0,9 dolayýnda). IV. Faz deðiþtirme yapmazlar. V. Yüksek empedanslý çýkýþý olan bir devreyi düþük empedans giriþi olan bir devreye baðlamak için (yani empedans uygunlaþtýrýcý olarak) kullanýlýrlar. C. Transistörlü Yükselteçlerin Polarma Durumuna Göre Sýnýflandýrýlmasý Transistörlerin beyzine uygulanan polarma akýmýnýn deðerine göre C'den E'ye geçirdikleri akýmýn deðeri deðiþmektedir. Polarma akýmýný ayarlama iþlemi ise dirençlerle yapýlabilmektedir. Polarma akýmýndan dolayý ortaya çýkan çalýþma þekilleri ve çýkýþtan alýnan sinyallerin durumu anlatýmlarda kolaylýk olmasý bakýmýndan A, AB, B, C biçiminde sýnýflandýrýlmýþtýr. R B 12 V 100 k C B =10 mf Þekil 6.8: NPN transistörlü beyzi þase yükselteç devresi +12 V C c U cc 1 MW R E 1 kw BC nf C çýkýþ Þekil 6.9: NPN transistörlü kolektörü þase yükselteç devresi U çýkýþ 127

136 a. A Sýnýfý Çalýþan Yükselteçler A sýnýfý çalýþtýrýlan yükselteçlerde yükseltilmek istenen AC özellikli sinyal yokken dahî kolektörden emitere bir akým geçiþi (I CO ) vardýr. Yani devrenin A tipi çalýþabilmesi için giriþ sinyali yokken dahî kolektörden belli bir akýmýn geçirilmesi zorunluluktur. Bu sayede transistörün kolektör ucundaki gerilimin U CC /2 deðerinde olmasý saðlanabilmektedir. Yükseltecin A sýnýfý olarak çalýþtýrýlmasý esnasýnda sürekli bir I C akýmýnýn geçmesi verimi düþürücü bir etkendir. Dolayýsýyla A sýnýfý çalýþan yükselteçlerin verimi % dolayýndadýr. Þekil 6.10'da verilen þema, þekil 6.11 ve 6.12-a'da görüldüðü gibi Q 1 noktasýnda çalýþýr. Bu noktada çalýþan yükselteçte çýkýþtan alýnan sinyal, giriþe uygulanan sinyalin aynýsý olur. O nedenle bu yükselteçlerin iletim açýsý 360 dir. A tipi çalýþan yükselteçler kalitenin fazla önemli olmadýðý ve gücün 1-2 W olduðu ön yükselteçlerde (preanfi), sürücü katlarýnda vb. kullanýlýr. R B1 33 k R C 1 k NPN + C giriþ nf U giriþ 0,5 Vt-t 5 khz T R B2 10 k AC187 BD135 R E 270 W + U cc 6 V U çýkýþ Þekil 6.10: A sýnýfý çalýþan yükselteç devresi U CC /2 +I C Q 1 I B4 I B3 I B2 b. AB Sýnýfý Çalýþan Yükselteçler A ve B tipi yükselteçlerin özelliklerini taþýyan yükselteç çeþididir. Bu tip yükselteçlerde beyzden ve kolektörden geçen akým A tipi çalýþmaya göre daha azdýr. Þekil 6.13'te görüldüðü gibi transistörün beyz akýmýnýn biraz azaltýlýp devrenin çalýþma noktasý Q 2 noktasýna doðru indirilirse (þekil 6.11) yükseltecin çýkýþýnda pozitif alternanslar þekil 6.12-b de görüldüðü gibi tam olarak oluþamaz. Þekil 6.13'te verilen AB sýnýfý yükselteç devresinde, giriþten pozitif sinyal geldiðinde yükseltecin kolektöründen belli bir akým geçer ve negatif sinyal oluþur. Giriþten negatif sinyal geldiðinde ise kolektörden az bir akým geçiþi olur. Ýþte bu tip çalýþmaya AB tipi çalýþma denir. AB tipi çalýþmada çýkýþtan alýnan sinyalin açýsý arasýnda deðiþir. c. B Sýnýfý Çalýþan Yükselteçler B sýnýfý çalýþmada beyz polarma akýmý R B1 direnci sökülerek sýfýr (0) yapýlýr. Bundan dolayý transistörün çalýþma noktasý þekil 6.11'de görüldüðü gibi Q 3 'e gelir. Bu durumda giriþe uygulanan sinyalin pozitif alternanslarýnda kolektörden akým geçer. Negatif giriþ alternanslarýnda ise, kolektörden hiç akým geçmez. Sonuçta çýkýþta þekil 6.12-c'de görüldüðü gibi sadece negatif alternanslar oluþur I C U C Q 2 Q 3 I B1 I B0 UCE Q 4 Þekil 6.11: Yükselteçlerin çalýþma noktalarýnýn yük doðrusu üzerinde gösteriliþi

137 çalýþma noktasý giriþ sinyali çýkýþ sinyali Q 1 + (a) A Q 2 + (b) AB Q 3 + (c) B Q 4 + (d) C Þekil 6.12: Yükselteçlerin A, AB, B, C sýnýfý çalýþmalarýnda çýkýþtan alýnan sinyallerin biçimleri + U cc 6 V R B1 100 k C giriþ 100 nf U giriþ 0,5 U t-t 5 khz NPN T R B2 2,2 k R C 5,6 k U çýkýþ AC187 BD135 R E 270 W C giriþ 100 nf U giriþ 0,5 U t-t 5 khz R C 5,6 k T R B2 2,2 k +U cc 6 V U çýkýþ AC187 BD135 R E 270 W Þekil 6.13: AB sýnýfý çalýþan yükselteç devresi Þekil 6.14: B sýnýfý çalýþan yükselteç devresi Þekil 6.15'te verilen B tipi yükselteçlerin iletim açýsý 180 dir. Baþka bir deyiþle kolektör akýmý beyze sinyal uygulanmadýðý sürece 0 amperdir. B tipi çalýþtýrýlan devrelerin verimi % dolayýndadýr. AB ve B sýnýfý çalýþan anfiler, push-pull (it-çek) tip yükselteçlerde vb. kullanýlýr. d. C Sýnýfý Çalýþan Yükselteçler C sýnýfý yükselteç devresinin polarma dirençleri þekil 6.15'te görüldüðü gibi az miktarda ters polarmaya maruz býrakýlýrsa çalýþma noktasý þekil 6.11'de görüldüðü gibi Q 4 noktasýna kayar. Giriþten uygulanan pozitif sinyalin sadece bir bölümünde iletim söz konusu olur. Negatif giriþ sinyallerinde ise kolektör akýmý sýfýrdýr. Transistörün iletim açýsý 90 ya da daha da az olduðundan elde edilen çýkýþ sinyali büyük bir distorsiyona (bozulma) uðrar (þekil 6.12-d). Ýþte bu yüzden C sýnýfý yükselteçler ses frekans sinyallerinin yükseltilmesinde deðil radyo frekans yükselteçlerinin (verici çýkýþ katlarý, tank devresi vb.) yapýmýnda kullanýlýr. 129

138 Transistörlü Yükselteçlerin Gerilim ve Güç Bakýmýndan Sýnýflandýrýlarak Ýncelenmesi a. Giriþ Sinyalini Gerilim Bakýmýndan Yükselten Devreler Zayýf sinyalleri gerilim bakýmýndan yükselten devrelerdir. Bunu örnekleme yoluyla açýklayacak olursak: 1 mv genlikli AC sinyal, 10 mv luk bir sinyal haline getirilmiþse gerilim açýsýndan yükseltme söz konusudur. Bu tip devreler giriþ sinyalini akým bakýmýnda da bir miktar yükseltir. Ancak elde edilen çýkýþ ile hoparlör vb. gibi alýcýlarý çalýþtýrmak mümkün deðildir. (Yani araya güç yükselteci eklediðimizde alýcýyý çalýþtýrabiliriz.) V C giriþ 100 nf U giriþ 2 V t-t 5 khz R B1 10 k T R B2 2,2 k 5 V + U cc R C 5,6 k U çýkýþ AC187 BD135 R E 270 W Þekil 6.15: C sýnýfý çalýþan yükselteç devresi Gerilim yükselteçlerinin bazý özellikleri þunlardýr: I. Giriþ devresi direnci (empedansý) küçüktür. (200 W W ) Bu sayede devre küçük gerilimli sinyallerle de çalýþabilir. II. Çýkýþ direnci (empedansý) ise 10 kw -500 kw arasý deðerde olup geniþ bir alaný kapsamaktadýr. Özetlersek, gerilim yükselteçleri gerilim kumandalý olarak çalýþan devrelerdir ve küçük boyutludur. Giriþ sinyali mikrofon, teyp okuyucu kafasý, pikap kafasý, anten gibi kaynaklardan alýnýr. Adý geçen sinyal üreteçlerinin verdiði zayýf iþaretler gerilim yükselteci devresi tarafýndan büyütüldükten sonra güç yükselteci devresine gönderilir. Güç yükselteci katý ise hoparlörü besler (sürer). A sýnýfý gerilim yükselteçleri giriþ sinyalinin dalga formunu (biçimini) bozmadan yükseltecek þekilde polarýlýr. Çalýþma noktasý yük doðrusunun tam ortasýnda seçilir. Yani giriþte hiç bir sinyal olmasa bile, kolektörden sürekli olarak I CO akýmý geçer. A sýnýfý çalýþan ön yükselteçlerde çok küçük genlikli giriþ sinyallerinin yükseltilmesi istenirken, gürültü (parazit, distorsiyon) miktarýnýn da az olmasý istenir. Ön yükselteçlerde gürültü oluþursa bu gürültü diðer katlar tarafýndan da yükseltileceðinden verimli bir devre oluþturulamaz. Yükselteçleri Olumsuz Etkileyen Gürültü Kaynaklarý I. Dýþ Manyetik Alanlarýn Yarattýðý Gürültüler Flüoresan lâmba, motor vb. gibi indüktif özellikli alýcýlarýn oluþturduðu gürültüler (parazitik sinyaller), ön yükselteç giriþine ulaþacak olursa, bunlar ön yükselteç tarafýndan büyültülür. Sonuçta hoparlörden kulaðý rahatsýz eden cýzýrtýlar duyulur. Dýþ manyetik alanlarýn oluþturduðu gürültüler þekil 6.16'da görüldüðü gibi, giriþe baðlanan elemanlarýn irtibatlarýnýn blendajlý (örgülü) kablo ile yapýlmasýyla biraz önlenebilir. 130 blendajlý kablo U giriþ C giriþ + R B1 R B2 R E R C C çýkýþ + T + U cc Þekil 6.16: Blendajlý kabloyla gürültülerin (parazit) önlenmesi U çýkýþ

139 II. DC Bileþenlerin Oluþturduðu Gürültüler DC beyz polarma gerilimi sabit deðilse, çýkýþ sinyalinin genliði sürekli olarak azalýr ya da çoðalýr. Bu ise çýkýþ sinyalinin distorsiyonlu olmasýna neden olur. DC bileþenlerin oluþturduðu gürültüler (parazitik sinyaller), besleme ucu ile þase arasýna kondansatör baðlanarak giderilir. Kondansatörler AC sinyallere karþý iletken olduðundan DC besleme gerilimine karýþan AC özellikli sinyaller kondansatör tarafýndan þaseye aktarýlýr. III. Yüklenmeden Dolayý Oluþan Gürültüler Ön yükseltece giriþ yükü olarak baðlanan mikrofon, teyp kafasý, pikap kristali vb. gibi elemanlarýn herbirinin empedanslarý birbirinden farklýdýr. Eðer giriþ yükü empedansýyla ön yükseltecin giriþ empedansý uygun deðilse çýkýþ sinyalinde distorsiyon (bozulma, þekil deðiþtirme) olur. Yüklenmeden dolayý ortaya çýkan gürültüleri yok etmek için giriþ yükünün empedansýyla ön yükseltecin giriþ empedansýnýn eþit olmasý saðlanýr. IV. Geri Besleme Sinyallerinden Dolayý Oluþan Gürültüler Yükselteçlerde giriþ sinyaline baðlý olarak I B akýmý deðiþir. I B 'nin deðiþmesi ise I C ve I E akýmlarýný deðiþtirir. Yükselteç devresinde transistörün emiter ayaðýnda R E direnci baðlý ise I E akýmýndan dolayý R E üzerinde U RE gerilimi düþer. Beyz akýmýnýn geçiþini zorlaþtýracak yönde olan U RE gerilimi, I B akýmý üzerinde azaltýcý etki yapar. Buna negatif geri besleme adý verilir. R E üzerinde oluþan U RE geriliminin I B akýmýný azaltmasý I C ve I E akýmlarýnýn da azalmasýna neden olur. I E 'nin azalmasý R E üzerinde oluþan U RE geriliminin de azalmasýna yol açar. U RE azalýnca I B akýmý tekrar eski düzeyine doðru yükselmeye baþlar. Sonuç olarak, R E direnci üzerinde oluþan U RE gerilimi I B akýmýnýn aþýrý derecede deðiþme göstermesini engelleyici rol üstlenir. R E direncinin AC özellikli sinyaller karþýsýnda görev yapmasýný engellemek için bu elemana paralel olarak kondansatör baðlanýr. Bu sayede, dirence gelen AC özellikli sinyaller kondansatör tarafýndan þaseye aktarýlýr. Dirence paralel olarak baðlanan kondansatöre dekuplaj kondansatörü adý verilir. b. Giriþ Sinyalini Güç Bakýmýndan Yükselten Devreler (Güç Katlarý) Giriþe uygulanan sinyali hem gerilim hem de akým bakýmýndan yükselten devrelere güç yükselteci denir. Güç yükselteçleri akým kumandalý olarak çalýþan devrelerdir. Yani bunlarýn giriþine uygulanan sinyallerin akým deðerinin gerilim yükselteçlerinden daha yüksek olmasý gerekir. Durumu daha anlaþýlýr hâle getirecek olursak, gerilim yükselteci 1 ma lik sinyalle çalýþabilirken, güç yükselteci 10 ma lik giriþ akýmýyla çalýþýr. Yükseltme iþlemi yapan transistörler büyük akým taþýdýklarýndan, çalýþma sýrasýnda ýsýnýrlar. Isýnýn daðýtýlmasý için ise soðutucu plâkalar kullanýlýr. AB Tipi Çalýþan Güç Yükselteci Devresi Örneði Þekil 6.17'de verilen yükselteç devresine eklenmiþ olan diyodlar sayesinde BD137 transistörünün beyzine uygulanan polarma geriliminde 0,6+0,6 = 1,2 voltluk yükselme olur. BD137'nin polarma geriliminin yükselmesi bu elemanýn beyzinden geçen akýmý yükseltir ve T 2 transistörünün C-E uçlarý arasýndan geçen akým artar. Bu akýmýn 4,7 W luk R 5 direncinde 131

140 oluþturduðu gerilim nedeniyle 56 kw luk direnç üzerinden polarma alan BC237 iletime geçer. BC237 iletime geçince BD138 PNP transistörü (-) polarma alarak sürülür. Görüldüðü üzere devreye eklenen iki diyod güç transistörlerinin akýmlarýný artýrmaktadýr. Yapýlan bu iþlem, devrenin AB tipi çalýþmasýný saðlar. Devrenin AB tipinde çalýþmasý distorsiyonlarý (cross over, geçiþ bozulmasý) önler. Transistörlü Yükselteçlerde Katlar Arasý Kuplaj (Baðlantý) Þekilleri Zayýf sinyaller transistörlü yükselteçler tarafýndan güçlendirilir. Bir transistörlü yükselteç, sinyalleri yeterince yükseltemezse, ikinci bir devre (kat) ilavesi yapýlýr. Bu duruma kas kad (arka arkaya) baðlama denir. Yükselteç devrelerinde bir katýn yükselttiði sinyal diðer kata çeþitli biçimlerde aktarýlýr. Sinyal aktarma esnasýnda kullanýlan her devrenin kendine göre iyi ve kötü yanlarý vardýr. Þimdi bu baðlama (kuplaj) yöntemlerini inceleyelim. I. Direnç-Kapasite (R-C) Kuplajlý Yükselteçler Þekil 6.18'de verilen yükselteç devresinde katlar arasý baðlantý kondansatör (C kuplaj ) ile saðlanmýþtýr. C'nin görevi birinci kattaki AC sinyalleri ikinci kata aktarmaktýr. R-C kuplajda yükseltme frekansa baðýmlýdýr. Yani frekans deðiþtikçe kondansatörün direnç deðeri de deðiþtiðinden geçen sinyallerin miktarý deðiþir. Öte yandan, katlarýn çalýþma noktalarý, kondansatör (C) sayesinde birbirinden etkilenmez. C giriþ R 1 10 mf U giriþ T 3 T BD U cc 12 V 4,7 W 100 mf C çýkýþ 4,7 W II. Transformatör Kuplajlý Yükselteçler Þekil 6.19'da verilen yükselteç devresinde katlar arasý baðlantý empedans trafosu ile saðlanýr. Bu uygulamada trafo her iki katý birbirinden elektriksel olarak ayýrýr (yalýtýr). Transformatör kuplajlý yükselteçlerin olumsuz yönleri: Bant geniþlikleri sýnýrlýdýr. Ses frekanslý devrelerde kullanýlan kuplaj trafolarýnýn doyuma girmesi nedeniyle verim düþer. Bunu engellemek için ise yüksek kaliteli kuplaj trafosu gerekir. 56 k R 2 10 k 1 k R 3 1N4001 1N4001 BC237 T 2 R 4 R 5 BD137 Þekil 6.17: AB tipi çalýþan güç yükselteci devresi 100 nf U giriþ 33 k BC237 T 1 10 k 1 k 100 nf C kuplaj 270 W 33 k BC k Þekil 6.18: Direnç-kapasite kuplajlý yükselteç devresi +U cc 12 V U çýkýþ 8 W 1 k U çýkýþ 10 mf T W 132

141 Transformatör kuplajlý yükselteçlerin iyi yönleri: Empedansý farklý olan iki devre birbirine baðlanabilir. Yükselteçlerin çalýþma noktalarý birbirinden etkilenmez. Þekil 6.19: Transformatör kuplajlý yükselteç devresi Þekil 6.20: Direkt kuplajlý yükselteç devresi III. Direkt Kuplajlý Yükselteçler Þekil 6.20'de verilen direkt kuplajlý yükselteç devresinde katlar arasý baðlantý bir iletken tel parçasýyla yapýlýr. Bu yöntem R-C kuplaja benzer. Sadece arada kuplaj kondansatörü yoktur. Direkt kuplajlý yükselteçlerin olumsuz yaný: Transistörlerin çalýþma noktasý birbirine baðýmlýdýr. Direkt kuplajlý yükselteçlerin olumlu yaný: Kuplaj frekansa baðlý deðildir. DC gerilimler de yükseltilebilir. Transistörlü Yükselteçlerin Kararlý Çalýþmasýný Saðlamada Kullanýlan Yöntemler I. Emiter Ayaðýna Direnç (R E ) Baðlayarak Kararlýlýk saðlama Emiteri þase yükselteç devrelerinde transistörün E ucuna baðlanan direnç, beyz akýmýnýn artmasýna karþý koyar. Bu iþlem þu þekilde olur: I B akýmý artýnca I C akýmý da artar. I B ve I C akýmlarýnýn artmasý R E direnci üzerinde düþen gerilimi yükseltir. R E üzerinde düþen U RE geriliminin yükselmesi I B akýmýný azaltýcý etki yapar. I B 'nin azalmasý ise I C 'yi azaltýr. Bu yöntem yükselteçlerde polarma konusunda incelenmiþtir. Þekil 6.2 ve 6.4'e bakýnýz. II. Otomatik Polarma ile Kararlýlýk Saðlama Emiteri þase yükselteç devresinde beyz akýmý kolektör ucundan alýnarak otomatik polarma yapýlýr. Bu yöntemde herhangi bir nedenle I B akýmý yükselirse transistörün iletkenliði artar. Bunun sonucunda ise transistörün C ayaðýnýn þaseye göre olan gerilimi düþer. C ucundaki U C geriliminin düþmesi beyze giden I B akýmýný da azaltarak devrenin kararlý hâle geçmesini saðlar. Bu yöntem yükselteçlerde polarma konusunda incelenmiþtir. Þekil 6.3'e bakýnýz. III. Isýya Duyarlý Elemanlarla (PTC, NTC) Kararlýlýk Saðlama Yükselteçlerin polarma akýmý devresine baðlanan termistörle (NTC) beyz akýmýnýn aþýrý artmasý engellenir. Transistör ýsýnýnca NTC ýsýdan etkilenir ve þaseye doðru geçirdiði akým artar. Bu ise 133

142 transistörün beyz polarma akýmýný azaltýr. Þekil 6.21'ye bakýnýz. IV. Diyod ile Kararlýlýk Saðlama Yükselteçlerdeki güç transistörleri ýsýnýnca yakýnda bulunan diyodlar da ýsýnýr. Diyodlarýn ýsýnmasý bu elemanlarýn üzerinde düþen gerilimlerin 0,6-0,7 V seviyelerinden 0,3-0,4 V seviyelerine inmesine yol açar. Polarma gerilimlerinin düþmesi ise beyz ve kolektör akýmlarýný düþürerek transistörlerden geçen akýmlarý azaltýr. Þekil 6.22'ye bakýnýz. Darlington Baðlantýlý Yükselteçler T 1 transistörünün akým kazancý b 1, T 2 transistörünün kazancý b 2 ise, devrenin toplam akým kazancý b toplam = b 1.b 2 olur. Örneðin T 1 'in b akým kazancý 50, T 2 'nin b akým kazancý 80 ise, darlington baðlantýnýn toplam kazancý,b T = b 1.b 2 = 4000 olur. Görüldüðü gibi iki transistör darlington baðlandýklarýnda çok büyük akým kazancý söz konusu olur. Darlington baðlantýlý yükselteçler, akým kazancýnýn büyük ve giriþ empedansýnýn yüksek olmasý istenen yerlerde kullanýlýr. Þekil 6.23'te darlington baðlantýlý yükselteç devresi örneði verilmiþtir. Þekil 6.21: Yükselteçlerde ýsýya duyarlý elemanlarla kararlýlýðý saðlama - Þekil 6.22: Yükselteçlerde diyod ile kararlýlýðý saðlama Þekil 6.23: Darlington baðlantýlý yükselteç devresi Faz Tersleyici (Parafaz, Phase Inverter) Yükselteçler Push-pull (it-çek) ilkesine göre çalýþan amplifikatörlerin çýkýþýndan düzgün (distorsiyonsuz) ve en yüksek gücü alabilmek için, devrede kullanýlan transistörlerin beyz uçlarýna genlikleri eþit, ancak birbirlerinden 180 faz farklý iki sinyal uygulanmalýdýr. Ýþte birbirinden 180 faz farklý sinyaller elde etmek için yapýlmýþ olan yükselteçlere parafaz yükselteçler adý 134 Þekil 6.24: Tek transistörlü faz tersleyici yükselteç devresi

143 verilmektedir. Uygulamada faz tersleyici devreleri çeþitli biçimlerde üretilmektedir. Þimdi bunlarýn iki çeþidini inceleyelim. I. Tek Transistörlü Faz Tersleyici Yükselteç Devresi Þekil 6.24'te verilen devrede transistörünün emiter ve kolektör uçlarýndan alýnan sinyaller birbirine 180 faz farklýdýr. Devrenin giriþine pozitif sinyal uygulandýðýnda transistörün iletkenliði artar ve kolektörün - gerilimi (A noktasý) negatif yönde azalýr. Öte yandan R E A direncinde oluþan gerilim ise pozitif yönde yükselir. R 1 T 1 çýkýþ Devrenin giriþine negatif N 1 sinyal uygulandýðýnda transistör N kesime gideceðinden A 2 giriþ R noktasýnda pozitif yönde T E HP R 2 2 yükselen, B noktasýnda negatif TR 1 TR yönde azalan bir gerilim oluþur. +U 2 B cc II. Transformatörlü Faz Tersleyici Yükselteç Devresi Þekil 6.25'te verilen devrede TR 1, faz tersleyici ara trafosudur. +U cc Þekil 6.25: Transformatörlü faz tersleyici yükselteç devresi Bu trafo hem faz çevirme hem de kuplaj elemaný olarak görev yapmaktadýr. TR 2 ise çýkýþ trafosudur. Devrede kullanýlan TR 1 'in sekonderi orta uçlu olarak sarýlmýþtýr. Sekonder sargýnýn üst ve alt ucunda elde edilen sinyaller birbirine 180 faz farklýdýr. TR 1 trafosunun primer sargýsýna sürücü kattan sinüsoidal biçimli bir sinyal geldiðini kabul edelim. Bu durumda T R1 'in sekonderinde zýt polarmalý iki sinyal oluþur. TR 1 'in A noktasýnda oluþan sinyalin polaritesinin pozitif, B noktasýnda oluþan sinyalin polaritesinin ise negatif olmasý durumunda T 1 kesimde kalýrken, T 2 iletime geçer. Sekonder sarýmýnda oluþan gerilimlerin polariteleri deðiþtiðinde ise T 1 iletime, T 2 kesime gider. T 1 ve T 2 'nin sýrayla iletim kesim olmasý sayesinde TR 2 trafosunun primerindeki N 1 ve N 2 sarýmlarýndan sýrayla zýt yönlü akýmlar dolaþýr. TR 2 'den geçen akýmlarýn sürekli olarak yön deðiþtirmesi, bu trafonun sekonderinde giriþ sinyaline benzer çýkýþ sinyali oluþturur. Transformatörlü faz tersleyiciler plaket üzerinde çok yer kaplar. Ayrýca trafolarýn ses frekanslarýna karþý gösterdiði karakteristik kötü olduðundan günümüzde kullaným alanýndan kalkmýþtýr. Sadece eski tip devrelerde karþýmýza çýkarlar. Güç Yükselteçleri Giriþlerine uygulanan sinyalleri akým bakýmýndan yükselten devrelerdir. Bu devreler anfilerin çýkýþ katý olarak görev yaparlar. Yükselteçlerin güç katlarý gözle bakýldýðýnda hemen belli olur. Zîra, çýkýþ katýnda kullanýlan transistörler büyük gövdeli ve alüminyum soðutuculudur. Güç yükselteç devrelerine iliþkin iki þema aþaðýda açýklanmýþtýr. 135

144 I. Push - Pull (Ýt - Çek) Ýlkesine Göre Çalýþan Güç Yükselteci Þekil 6.26'da verilen devrenin giriþine sinüsoidal þeklinde bir sinyal uygulandýðýnda, TR 1 trafosunun sekonder sarýmýnýn kenar uçlarýnda birbirinin tersi polaritede iki AC sinyal oluþur. TR 1 trafosunda oluþan gerilimlerin ilk anda þekil 6.26'da gösterilen polaritelerde olduðunu varsayalým. Bu durumda A noktasýnda pozitif, B noktasýnda negatif sinyal olacaktýr. A noktasýndaki pozitif sinyal T 1 'i sürerek TR 2 'nin primerinin N 1 bobininden deðiþken akým geçirir. B noktasýndaki negatif sinyal ise T 2 'yi kesimde tutar. T 1 'in, TR 2 trafosunun N 1 sarýmýndan geçirdiði deðiþken akým N 3 sarýmýnda deðiþken bir akým oluþturur. A ve B noktalarýnýn polariteleri yön deðiþtirdiðinde ise T 2 iletime, T 1 kesime gider. T 2 'nin iletime geçmesi TR 2 'nin N 2 bobininden deðiþken bir akým geçirir. N 2 'den geçen akým N 1 'den geçen akýma göre 180 zýt yönlü olduðundan N 3 sarýmýnda oluþan akým bir öncekinin 180 tersi polaritede olur. giriþ TR 1 Sonuç olarak, TR 1 trafosu giriþine uygulanan sinyal yön deðiþtirdikçe T 1 ve T 2 transistörlerinin sýrayla iletim-kesim olmasýný saðlar. Yani bir alternansýn yarýsýný T 1 transistöründen geçen akým, diðer yarýsýný ise T 2 transistöründen geçen akým oluþturur. Push-pull tipi güç yükselteç devreleri genellikle ses frekans sinyallerinin yükseltilmesinde kullanýlýr. Þekil 6.26'da çalýþmasý anlatýlan push-pull tipi güç yükselteç devresi A sýnýfý çalýþan bir devredir. A sýnýfý çalýþan push-pull tipi güç yükselteç devrelerinde çýkýþta oluþan sinyal bir miktar distorsiyonlu (% 4-5 oranýnda) olmaktadýr. Bunun nedeni, devrede kullanýlan transistörlerin beyzlerine gelen sinyalin voltaj deðeri 0,6-0,7 volt olduktan sonra iletime geçmeleridir. Bu distorsiyon nedeniyle A sýnýfý çalýþan push-pull tipi yükselteçlerin verimi % 50 dolayýnda olmaktadýr. Çok yüksek deðerli çýkýþ gücü istenilen push-pull sistemli yükselteçler ise B sýnýfý çalýþtýrýlýr. B sýnýfý çalýþan yükselteçlerin verimi ise yaklaþýk % 78 olmaktadýr. II. Simetrik Güç Yükselteci (Ara ve Çýkýþ Trafosu Olmayan Push-Pull Tipi Yükselteç) Þekil 6.27'de verilen devrede görüldüðü gibi birbirine simetrik olarak baðlanmýþ, farklý tipte iki transistörün oluþturduðu yükselteç çeþididir. Devrenin giriþine sinüsoidal biçimli bir sinyal uygulandýðýnda, sinyalin pozitif alternansýnda T 1 iletime geçerken, T 2 kesimde kalýr. T 1 'in iletimde olduðu süre boyunca U CC1 'den gelen akým hoparlör üzerinden I 1 akýmýný dolaþtýrýr. 136 A B T 1 T 2 +U cc N 1 N 2 TR 2 N 3 Þekil 6.26: NPN transistör ve transformatörlü push-pull güç yükselteci devresi çýkýþ HP

145 Giriþ sinyalinin polaritesi negatif olduðunda T 2 iletime geçerken, T 1 kesimde kalýr. T 2 'in iletimde olduðu süre boyunca U CC2 'den gelen akým hoparlör üzerinden I 2 akýmýný dolaþtýrýr. Görüldüðü üzere giriþ sinyalinin polaritesi deðiþtikçe hoparlörü besleyen üreteç de deðiþmektedir. Ýþte bu yapý, devrenin simetrik güç yükselteci olarak anýlmasýna neden olmaktadýr. giriþ C giriþ + T 1 I 1 U CC 1 hop. C çýkýþ + çýkýþ Yükselteçlerde Ses (Volume) Ton (Týný) ve Balans (Denge) Kontrol Devreleri a. Ses (Volume) Kontrol Devresi Yükseltecin giriþine uygulanan sinyalin þiddetinin deðiþtirilmesiyle ses kontrolü yapýlabilir. Yükselteçlerde yapýlan volüm kontrolünde mutlaka logaritmik özellikli potansiyometreler kullanýlmalýdýr. Þekil 6.28'de ses frekans yükselteci devrelerinde ses kontrolünün yapýlýþ yöntemine iliþkin devre örneði verilmiþtir. b. Ton (Týný) Kontrol Devresi Yükselteçlerde ton (týný) kontrolünü anlayabilmek için bobin, direnç, kondansatör gibi elemanlar kullanýlarak yapýlan pasif tip frekans filtrelerinin (sinyal ayýrýcýlarýn) çalýþma mantýðýný anlamak gerekmektedir. Pasif filtreler, istenmeyen frekanslarýn bastýrýlmasý ya da zayýflatýlmasý için kullanýlan devrelerdir. Bunlar ekolayzýr, mikser, kaliteli hoparlör kolonu, tweeter (tivitýr) gibi düzeneklerde kullanýlýr. Frekans süzme ya da seçme devreleri, pasif filtreler ve aktif filtreler olmak üzere iki kýsýmda incelenir. Pasif filtrelerin yapýsýnda bobin, direnç ve kondansatörler mevcuttur. Bu elemanlar frekans seçiciliði yaparken, sinyallerin bir miktar zayýflamasýna neden olurlar. Aktif filtrelerin yapýsýnda ise ilave olarak yükselteç devreleri mevcuttur. Aktif filtrelerde yükselteç olmasý nedeniyle kondansatör, bobin ve dirençlerde kaybolan güç telafi edilebilmektedir. Pasif ses frekans filtrelerinin çeþitleri þunlardýr: I. Alçak Frekanslarý Geçirici Pasif Filtreler (Low Pass Filter) Sadece alçak frekanslarý geçirirler. II. Yüksek Frekanslarý Geçirici Pasif Filtreler (High Pass Filter) Sadece yüksek frekanslarý geçirirler. III. Bant (Ýstenilen Frekanslarý) Geçirici Pasif Filtreler Sadece istenilen frekans aralýðýndaki sinyalleri geçirip diðerlerini bastýrýrlar. IV. Bant Durdurucu (Ýstenilen Frekanslarý Bastýran) Pasif Filtreler Sadece istenilen frekans aralýðýndaki sinyalleri durdurup diðer sinyallerin tamamýný çýkýþa aktarýrlar. T 2 I 2 U CC 2 Þekil 6.27: Simetrik güç yükselteci devresi R 1 T 1 R 2 P R3 ses (volume) kontrol potu R 4 T 2 Þekil 6.28: Yükselteçlerde ses kontrolünün yapýlýþý C 3 U çýkýþ +U cc 137

146 Basit yapýlý pasif filtre devrelerinin çeþitleri þunlardýr: I. R-C ile Yapýlan Alçak Frekanslarý Geçiren Pasif Filtre Bu devre sadece alçak frekanslarý geçirir. Yüksek frekanslarý þaseye verir. Frekans yükseldikçe kondansatörün kapasitif reaktansý küçülür. Çünkü, X C = 1/2.p.f.C [W] dur. Reaktansýn küçülmesi sinyallerin diðer yükselteç katýna geçmesini engeller. Þekil 6.29'da R-C'li alçak frekanslarý çýkýþa ulaþtýran (geçiren) pasif filtre verilmiþtir. II. R-L ile Yapýlan Alçak Frekanslarý Geçiren Pasif Filtre Bu filtrede kullanýlan bobinin indüktif reaktansý X L =2.p.f.L denklemine göre frekans yükseldikçe büyür. Bu nedenle yüksek frekanslý sinyaller bobinden geçemez. Þekil 6.30'da R-L'li alçak frekanslarý çýkýþa ulaþtýran (geçiren) pasif filtre verilmiþtir. III. R-C ile Yapýlan Yüksek Frekanslarý Geçiren Pasif Filtre Düþük frekanslarda kondansatörün kapasitif reaktansý büyük olduðundan alçak frekanslý sinyaller diðer kata geçemez. Þekil 6.31'de R-C'li yüksek frekanslarý çýkýþa ulaþtýran (geçiren) pasif filtre verilmiþtir. IV. R-L ile Yapýlan Yüksek Frekanslarý Geçiren Pasif Filtre Alçak frekanslý sinyallerde bobinin indüktif reaktansý küçük olduðundan sadece yüksek frekanslý iþaretler diðer kata geçebilir. Þekil 6.32'de R-L'li yüksek frekanslarý çýkýþa ulaþtýran (geçiren) pasif filtre verilmiþtir. giriþ Þekil 6.29: R-C'li alçak frekanslarý geçiren filtre giriþ R C çýkýþ Þekil 6.30: R-L'li alçak frekanslarý geçiren filtre giriþ L R çýkýþ Þekil 6.31: R-C'li yüksek frekanslarý geçiren filtre giriþ R C R L çýkýþ çýkýþ Þekil 6.32: R-L'li yüksek frekanslarý geçiren filtre Yükselteçlerde Kullanýlan Ton (Týný, Bas-Tiz) Kontrol Devrelerinin Çeþitleri Ýnsan kulaðý 16 Hz-16 khz arasýndaki frekanslara sahip sesleri algýlayabilmektedir. Bu seslerden düþük frekanslý sesler bas, yüksek frekanslý sesler tiz sesleri oluþturur. Ýyi kalite yükselteçlerde bas ve tiz sesleri istenilen oranda çýkýþa aktarabilen filtre devreleri vardýr. I. Tizlik (Ses Ýnceltme, Treble) Ayarlayýcý Filtre Devresi Yüksek frekanslý elektrik sinyalleri hoparlörden tiz seslerin çýkmasýný saðlamaktadýr. Þöyle ki; yüksek frekanslý sinyallerde akýmýn yön deðiþtirme hýzý daha fazla olduðundan, hoparlörün esnek membraný (kon, diyafram) da çok hýzlý titreþmektedir. Membran ise havayý hýzlý titreþtirdiðinden kulak zarýmýz da buna göre titreþmekte ve biz yüksek frekanslý sinyalleri tiz olarak algýlamaktayýz. Tizlik ayarlayýcý basit devrelerin esasý R-C filtrelerle yüksek frekanslarý almak ve düþük frekanslarý bastýrmaktýr. Þekil 6.33'te verilen devrede P potunun deðeri deðiþtirildikçe filtrenin direnç deðeri deðiþmekte ve buna baðlý olarak da çýkýþa giden sinyallerin frekansý ayarlanmaktadýr. 138

147 P potunun orta ucu yukarý doðru kaydýrýldýðýnda çýkýþa giden yüksek frekanslý sinyal miktarý artar. P potunun orta ucu aþaðýya doðru kaydýrýldýðýnda çýkýþa giden yüksek frekanslý sinyal miktarý azalýr. giriþ C 1 R 1 II. Bas (Ses Kalýnlaþtýrma, Bass) Ayarlayýcý Filtre Devresi Alçak frekanslý elektrik sinyalleri hoparlörden bas seslerin çýkmasýný saðlamaktadýr. Þöyle ki; alçak frekanslý sinyallerde akýmýn yön deðiþtirme hýzý daha yavaþ olduðundan, hoparlörün esnek membraný da az titreþmektedir. Membran havayý yavaþ titreþtirdiðinden kulak zarýmýz da buna göre titreþmekte ve biz alçak frekanslý sinyalleri bas olarak algýlamaktayýz. Bas ayarlayýcý basit devrelerin esasý da R-C filtrelerdir. Þekil 6.34'te verilen devrede P potunun deðeri ile oynanarak elektriksel sinyallerin alçak frekanslý olanlarýnýn çýkýþa gitmesi saðlanabilir. III. Bas-Tiz Ayarlayýcý Filtre Devresi Bu tip devreler, bas ve tiz kontrol devrelerinin birleþiminden oluþur. Uygulamada kullanýlan ses sistemlerinde çok deðiþik tiplerde bas-tiz kontrol devreleri karþýmýza çýkmaktadýr. Þekil 6.35'te verilen devrede P 1 ve P 2 potansiyometrelerinin deðeri deðiþtirilerek tiz ve bas sesler istenilen oranda çýkýþa aktarýlabilir. Devrede kullanýlan C 2 kondansatörü küçük kapasiteli olduðundan sadece yüksek frekanslý (tiz) sinyallere karþý düþük direnç gösterir. P 1 potansiyometresinin deðeri deðiþtirildikçe C 2 kondansatörünün geçirdiði sinyallerin çýkýþa ulaþma P C 2 R 2 çýkýþ Þekil 6.33: Tizlik ayarlayýcý ses frekans filtresi giriþ P R 1 R 2 C 1 C 2 çýkýþ Þekil 6.34: Bas ayarlayýcý ses frekans filtresi C 1 C R 2 1 tiz bas C 4 giriþ P 1 P 2 C 5 C 6 C 3 R 2 çýkýþ Resim 6.1: Bas-tiz ayarlayýcý ekolayzýr örneði Þekil 6.35: Bas-tiz ayarlama yapabilen ses kontrol devresi 139

148 miktarý deðiþir. P 2 potansiyometresinin deðeri deðiþtirildikçe ise çýkýþa giden alçak frekanslý sinyallerin oraný deðiþmektedir. c. Ses Balans (Dengeleme, Balance) Kontrol Devreleri Balans potu bulunduðu konuma göre giriþlerden birini þaseleyerek, yani giriþ sinyalini eksiye vererek zayýflatýr. Bu sayede, stereo çýkýþlý olan bir radyo/ teypte balans kontrol potuyla sað ya da sol hoparlörden çýkan sesin þiddeti ayarlanabilir. Þekil 6.36'de balans kontrol devresinin yapýsýna iliþkin basit þema verilmiþtir. giriþ 1 giriþ 2 balans (denge) potu d. Hi-Fi (High Fidelity) Yükselteçler ve Düzenleri Bir ortamdaki sesin aslýna uygun olarak kayýt edilmesi, yükseltilmesi ve dinleyiciye ulaþtýrýlmasýný saðlayan devrelere hi-fi yükselteç denir. Þekil 6.37'de hi-fi özellikli yükselteç devresinin blok diyagramý verilmiþtir. Baþka bir deyiþle, insan kulaðýnýn duyabileceði seslerin tümünü ayný seviyede distorsiyonsuz (parazitsiz) olarak veren devrelere hi-fi yükselteç denir. Alman DIN standardýna göre saptanan deðerlerle hi-fi, insan kulaðýna gerçeðe en yakýn biçimde ses ve müziðin ulaþtýrýlmasýna yöneliktir. Hi-fi sözcüðü yüksek sadakat anlamýna gelir. çýkýþ 2 çýkýþ 1 Þekil 6.36: Yükselteçlerde balans kontrolünün yapýlýþý 10 mv giriþ alçak seviye ön yükselteç yüksek seviye gerilim yükselteci gerilim 100 mv gerilim 1 V kazancý x 10 kazancý x 10 yüksek seviye gerilim yükselteci gerilim kazancý x 10 Þekil 6.37: Hi-fi yükselteçlerin blok þemasý güç yükselteci 10 V gerilim kazancý x 1 hoparlör 10 volt Hi-fi yükselteçlerin bazý özellikleri þunlardýr: I. Gürültü ve výnlama düzeyi çok düþüktür. II. Çýkýþ sinyallerindeki distorsiyon % 1 dolayýndadýr. III. Yükselteç, giriþine baðlanacak teyp, radyo, mikrofon gibi araçlarýn özelliðine göre empedans uygunlaþtýrýcý devrelerine sahiptir. IV. Anfinin çýkýþ sinyalini kalýnlaþtýrabilmek ya da inceltebilmek için ekolayzýr devreleri vardýr. V. Hi-fi yükselteçler mono, stereo ve kuadro olabilmektedir. e. Yükselteçlerde Ses Yayýn Sistemleri Ses ve müzik yayýnlarý mono (monofonik, tek kanallý), stereo (stereofonik, iki kanallý) ya da kuadro (quadrofonik, dört kanallý) olarak yapýlabilmektedir. Þimdi bunlarý inceleyelim. I. Mono (Tek Yollu) Ses Sistemi Tek yollu yayýn yapar. Seste derinlik yoktur. Eski model ya da düþük kaliteli cihazlarda karþýmýza çýkar. 140

149 teyp kafasý mikrofon yükselteç hoparlör yükselteç hoparlör dinleyici Þekil 6.38: Mono kayýt sistemi Þekil 6.39: Mono teybin yapýsý Þekil 6.40: Mono seslendirme sistemi Þekil 6.38'de tek mikrofonlu (mono) kayýt sistemi, þekil 6.39'da mono teybin yapýsý ve þekil 6.40'da mono seslendirme sisteminin düzeni gösterilmiþtir. II. Stereo (Steryo, Ýki Yollu) Ses Sistemi Ýki yollu yayýn yapar. Ses kalitesi monodan daha iyidir. Kayýt esnasýnda iki mikrofon kullanýlýr. Stereo ses sistemleri iki mono yükseltici birleþtirilerek yapýlmaktadýr. Uygulamada en çok karþýlaþýlan ses daðýtým sistemi stereo olandýr. Þekil 6.41'de stereo ses kayýt sistemi ve þekil 6.42'de stereo seslendirme düzeni gösterilmiþtir. yükselteç mikrofon mikrofon yükselteç hoparlör hoparlör birinci hoparlörün yayýn alaný sahne dinleyici ikinci hoparlörün yayýn alaný Þekil 6.41: Stereo kayýt sistemi Þekil 6.42: Stereo seslendirme sistemi III. Kuadro (Quadro, Dört Yollu) Ses Yayýn Sistemi Þekil 6.45'te prensip þemasý verilen dört yollu yayýn yapma sistemi kuadro olarak adlandýrýlýr. Stereo cihazdan dört kanallý yayýn yaptýrabilmek için düzenleyici, stereodan kuadroya dönüþtürücü op-amplý devreler kullanýlýr. (Örneðin oto radyo teyplerinde dört hoparlörlü yayýn sisteminde, iki adet anfi ve kuadroya dönüþtürücü devreden yararlanýlmaktadýr.) Bu uygulamaya yapay kuadrofonik sistem denilmektedir. Gerçek dinleyici kuadrofonik sistemde kayýt dört mikrofonla yapýlýr. Bu yöntem uygulandýðýnda hoparlörler dinleyiciye gerçeðe çok yakýn ses verirler. Gerçek kuadrofonik kayýt ve daðýtým sistemleri yüksek kaliteli cihazlarda karþýmýza Þekil 6.43: Kuadro seslendirme sistemi çýkmaktadýr. sahne 141

150 Transistörlü ve Entegreli Yükselteçleri Verimli Kullanabilmek Ýçin Özen Gösterilmesi Gereken Noktalar Þunlardýr: a. Hoparlör besleme kablolarý en az 0,75 mm², en çok 2,5 mm² kesitinde olmalýdýr. b. Hoparlörden çýnlama sesleri (akustik geri besleme) duyuluyorsa: I. Hoparlörlerle mikrofonlarýn karþý karþýya olmasý önlenmelidir. II. Hoparlörler belirli yükseklik ve açýlarla dinleyiciye yönlendirilmelidir. Yani hoparlörün yaydýðý seslerin direkt olarak mikrofonlara ulaþmasý engellenmelidir. III. Mikrofonlarýn ses alan kýsýmlarýna süngerden yapýlmýþ boneler mutlaka takýlmalýdýr. IV. Mikrofon ve hoparlörler birbirinden mümkün olduðu kadar uzak tutulmalýdýr. c. Anfinin metal gövdesi çok iyi topraklanmalýdýr. d. Kullanýlmayan mikrofonlar kapalý (off) olmalýdýr. e. Hoparlör ve mikrofonlar takýlmadan yükselteç çalýþtýrýlmamalýdýr. f. Kullanýlan hoparlörlerin toplam empedansý ile anfinin çýkýþ empedansý birbirine eþit ya da yakýn düzeyde olmalýdýr. g. Yükseltecin elektronik devresinin korunmasýnda uygun amperajlý sigorta kullanýlmalýdýr. h. Yükseltecin kolayca soðumasý için hava akýmý olabilecek biçimde yerleþtirme yapýlmalýdýr. Kapalý mekânlar devre elemanlarýnýn aþýrý ýsýnmasýna yol açarak arýzaya neden olurlar. ý. Hoparlörden istenmeyen harici sesler (telsiz ya da radyo yayýnlarý) duyuluyorsa: I. Yükselteç besleme fiþinin prize giriþ uçlarý ters çevrilmelidir. II. Hoparlör tesisatý da, ekranlý olarak tanýmlanan blendajlý (örgülü, koaksiyel, içiçe yerleþik) kabloyla yapýlmalýdýr. III. Yükseltece yapýlmýþ olan topraklama tesisatý gözden geçirilmelidir. Sorular 1. Yükselteçlerde basit polarmayý þekil çizerek anlatýnýz. 2. Darlington baðlama ne amaçla yapýlýr? Açýklayýnýz. 3. Emiteri þase, ideal polarmalý yükselteç devresini çizerek, giriþe sinüsoidal özellikli sinyal uygulanmasý durumunda devrenin çalýþmasýný anlatýnýz. 4. Ses yayýn sistemleri hakkýnda bilgi veriniz. 5. Otomatik polarmalý emiteri þase yükselteç devresini çizerek özelliklerini yazýnýz. 142

151 Bölüm 7: Mikrofonlar ve Hoparlörler A. Sesin Elektriðe Çevrilmesi Elektrik sinyallerini sese ya da ses sinyallerini elektriðe çeviren elemanlara ses transdüseri (dönüþtürücüsü) denir. Yükselteç devrelerinde sesleri algýlayýcý olarak mikrofon kullanýlýr. Yükseltecin çýkýþýndaki elektrik sinyallerini ses sinyallerine çevirici olarak ise hoparlör kullanýlýr. Bu bölümde sesleri algýlayan ve yayan elemanlar hakkýnda bilgi verilecektir. Sesle Ýlgili Temel Kavramlar I. Ses: Ses, havadaki moleküllerin yönlendirilmiþ ve düzenlenmiþ titreþimlerinden oluþur. Ýnsan kulaðý 16 Hz- 16 khz lik titreþimlere sahip ses frekanslarýný iþitir. Kulak zarýna gelen titreþimler sinirler aracýlýðýyla beyine ulaþtýktan sonra algýlanýr. Sesin yayýlmasý suya atýlan bir cismin oluþturduðu dalgalara benzetilebilir. 143 Þekil 7.1: Ses dalgalarýnýn kulaða geliþi II. Ses Frekansý: Ses dalgalarýnýn saniyedeki titreþim (salýným) sayýsýdýr. III. Genlik: Mikrofon ya da yükselteçten alýnan ses sinyallerinin gerilim cinsinden büyüklüðüdür. Mikrofonlar: Ses sinyallerini (akustik enerji) elektrik sinyallerine çeviren elemanlara mikrofon denir. Bu elemanlar, ses sinyallerini elektrik sinyallerine çeviren transdüserler (transducer, transduser) olarak da tanýmlanabilir. Mikrofonlarýn yapýsý, özelliði ve çalýþma ilkesi nasýl olursa olsun en önemli elemanlarý diyafram adý verilen esnek zar kýsmýdýr. Çünkü hava ortamýnda ilerleyen ses dalgalarýnýn oluþturduðu basýnç ilk önce mikrofonun diyaframýný titreþtirmektedir. Mikrofon çeþitleri þunlardýr: a. Dinamik (Bobinli, Manyetik) Mikrofonlar Þekil 7.2'de iç yapýsý görülen dinamik mikrofonun diyafram (membran, kon, esnek zar) adý verilen kýsmýna gelen ses titreþimleri bu elemanýn salýným yapmasýna neden olur. Titreþen diyafram ise kendisine tutturulmuþ olan çok hafif hareketli bobini titreþtirir. Silindirik yapýlý bir doðal mýknatýsýn içine yerleþtirilmiþ olan bobin ise gelen ses dalgalarýnýn frekansýnda (AF: Audio frequency, ses frekans, alçak frekans) elektrik sinyalleri üretir. Üretilen elektrik sinyallerinin deðeri son derece küçük olup, 1-10 mv düzeyindedir. Mikrofonun içindeki mýknatýsýn yanýnda esnek diyafram doðal mýknatýs hareketli bobin Þekil 7.2: Dinamik mikrofonlarýn iç yapýsý mikrofon uçlarý

152 bone blendajlý kablo jack (jak) Resim 7.1: Dinamik yapýlý mikrofonlar bulunan bobinde elektrik akýmýnýn doðuþu þu þekilde olmaktadýr: Manyetik alan teorilerine göre, N-S mýknatýs kutuplarýnýn yanýnda bulunan bir bobin saða sola hareket ettirilirse ya da döndürülürse bobinin içinde bulunan elektronlar manyetik alan tarafýndan hareket ettirilir. Bu da elektrik akýmýný doðurur (indükler). b. Kapasitif (Kondansatör) Mikrofonlar Statik elektriklenme esasýna göre çalýþan mikrofon tipidir. Þekil 7.3'te görüldüðü gibi, kapasitif mikrofonlarda ses dalgalarýnýn basýncý, ince metal diyaframý etkiler. Diyaframýn esnemesiyle kondansatör gibi çalýþan düzeneðin kapasitesi deðiþir. Bu deðiþim sesin özelliðine göre çýkýþta elektrik sinyalleri oluþturur. Bu tip mikrofonlar yüksek kalite istenilen yerlerde kullanýlýr. Ayrýca hafif ve küçük yapýlý olarak üretilebilirler. Kapasitif mikrofonlarýn devreye baðlantýsý þekil 7.4'te görüldüðü gibi DC beslemeli olarak yapýlýr. Mikrofonun plâkalarýna uygulanan DC, modele göre 1,5-48 V arasýnda deðiþmektedir. (Günümüzde yaygýn olarak kullanýlan kapasitif mikrofonlarýn DC beslemesinde bir ya da iki adet kalem pil bulunur.) Mikrofonun içinde bulunan ön yükselteç devresinde kullanýlan 100 MW deðerli R 1 direnci FET'in DC polarma akýmýný saðlamaktadýr. Not: FET, çok küçük sinyallerin yükseltilmesinde kullanýlan kaliteli transistördür. Resim 7.2'de kapasitif mikrofon örnekleri verilmiþtir. Hatýrlatma: Kondansatörlerin kapasitesinin artmasýna neden olan etkenler þunlardýr: I. Levhalarýn boyutunun (yüzey alanýnýn) büyümesi, II. Levhalarýn birbirine yaklaþtýrýlmasý, III. Levhalarýn arasýna konan yalýtkanýn (dielektrik) kalitesinin yüksek olmasýdýr. metal diyafram (hareketli levha) sabit iletken levha U cc =9V ses dalgalarý R çýkýþ ses dalgalarý kapasitif mikrofon kapsülü FET transistörlü ön yükselteç G R MW D S C 150 pf R 2 2,2 kw çýkýþ U cc Þekil 7.3: Kapasitif mikrofonlarýn yapýsý Þekil 7.4: Kapasitif mikrofonlarýn DC ile beslenmesi ve mikrofon ön yükselteç devresi 144

153 mikrofon kapsülü Resim 7.2: Kapasitif mikrofon örnekleri kapasitif tip yaka mikrofonu mikrofon kapsülü Kapasitif Mikrofonlarýn Bazý Teknik Özellikleri I Hz arasý frekanslý seslere karþý duyarlýdýr. II. Distorsiyon oranlarý azdýr. III. Empedanslarý büyüktür (10-30 MW ). c. Þeritli (Bantlý) Mikrofonlar Þekil 7.5'te görüldüðü gibi manyetik alan içine yerleþtirilmiþ ince bir alüminyum ya da kalay levhaya ses sinyalleri çarpýnca, manyetik alan içinde hareket eden levhada ses frekanslý akým oluþur. Þeritli mikrofonlarýn empedeansý çok düþük, kaliteleri yüksektir. Sarsýntýdan, rüzgârdan olumsuz etkilendiklerinden kapalý ortamlarda kullanýlýrlar. doðal mýknatýs ses dalgalarý esnek þerit doðal mýknatýs yükseltece giden uçlar Þekil 7.5: Þeritli mikrofonlarýn yapýsý þeritli mikrofon d. Piezoelektrik Kristalli Mikrofonlar (Kristal Mikrofonlar) Kuartz (quartz), roþel (rochelle) tuzu, baryum, turmalin gibi kristal yapýlý maddelere basýnç uygulandýðýnda üzerlerinde elektrik akýmý oluþur. Bu akým, basýncýn kuvvetine ve frekansýna göre deðiþir. Ýþte bu esastan yararlanarak kristal mikrofonlar yapýlmýþtýr. Kristalli mikrofonlarda, kristal madde þekil 7.6'da görüldüðü gibi çok ince iki metal elektrot arasýna yerleþtirilmiþ ve bir pin (küçük çubuk) ile diyaframa tutturulmuþtur. Ses titreþimleri diyaframý titreþtirince kristal de titreþmektedir. Kristaldeki titreþim ise AC özellikli sinyallerin oluþmasýný saðlamaktadýr. esnek diyafram 145 ses dalgalarý elektrot elektrot mikrofon uçlarý baðlantý pini kristal Þekil 7.6: Kristal mikrofonlarýn yapýsý

154 Kristal Mikrofonlarýn Bazý Teknik Özellikleri I. Kaliteleri yüksektir. II. Hassas yapýlýdýr. III. Kristalin ürettiði gerilimin deðeri çok küçük olduðundan mikrofonun içine mini bir ön yükselteç (preanfi) monte edilir. IV. Mikrofonun yapýmýnda kullanýlan kristal, nem, sýcaklýk ve güneþ ýþýðýndan uzak tutulmalýdýr. V. Kristal, sarsýntý, düþürme ve çarpmalardan dolayý bozulabileceðinden, bu tip mikrofonlarýn özenle kullanýlmasý gerekir. Ek Bilgi: Piezo kelimesinin anlamý sýkýþtýrmadýr. Bazý maddelerin sýkýþtýrýlmasý elektron ve oyuk hareketini çok hýzlandýrmakta, gelen basýncýn þiddetine göre maddede EMK oluþmaktadýr. Sýkýþmaya baðlý olarak gerilim üreten maddeler sadece mikrofon yapýmýnda deðil, kristal hoparlörlerde, basýnç ölçerlerde vb. kullanýlýrlar. elektret membran karþý elektrot membran basýnçla konan metal yüzey baðlantý uçlarý Þekil 7.7: Elektret mikrofonlarýn yapýsý Resim 7.3: Elektret mikrofon örnekleri e. Elektret (Electret) Mikrofonlar Rondela (halka) biçimindeki ince bir yarý iletken maddenin iki yüzü, üretim aþamasýnda elektrostatik yöntem kullanýlarak artý (+) ve eksi (-) ile yüklenir. Bu elektrik yükü yarý iletkenin maddenin özelliðinden dolayý yýllarca ayný deðerde kalýr. Elektret kapsül, kristal mikrofonlarda olduðu gibi diyaframa baðlanmýþtýr. Diyafram titreþtiðinde, elektret de hareket eder. Bu da kapsülün moleküler yapýsýný deðiþtirerek elektrotlar arasýnda bir gerilim oluþmasýný saðlar. Þekil 7.7 ve resim 7.3'te elektret mikrofonlarýn yapýsý verilmiþtir. Not: Elektret sözcüðü, elektriklenebilen anlamýna gelmektedir. Elektret Mikrofonlarýn Teknik Özellikleri I. Dirençleri (empedanslarý) yüksektir. II. Boyutlarý küçük olduðundan yaka mikrofonu olarak kullanýlmaya uygundur. III. Hassasiyetleri yüksektir. IV. Ýlave bir DC üreteciyle besleme yapmaya gerek duymazlar. V. Frekans bantlarý geniþtir. Yani alçak ve yüksek frekanslý sinyalleri dengeli olarak algýlarlar. f. Karbon Tozlu Mikrofonlar Karbon tozlu mikrofonlar þekil 7.8'de görüldüðü gibi bir hazne içinde doldurulan karbon 146

155 diyafram hareketli levha sabit levha ses dalgalarý diyafram ses dalgalarý karbon zerrecikleri U CC çýkýþ karbon zerrecikleri - U CC + çýkýþ Þekil 7.8: Karbon tozlu mikrofonlarýn yapýsý tozu zerrecikleri ve esnek diyaframdan oluþmuþtur. Ses dalgalarý alüminyum diyaframa çarpýnca bu eleman titreþerek karbon zerreciklerinin sýkýþýp gevþemesine yol açar. Tozlar sýkýþýnca akýmýn geçiþ yolu kýsalacaðýndan direnç azalýr. Tozlar gevþeyince ise akýmýn geçiþ yolu uzayacaðýndan direnç yükselir. Ýþte bu iþlem esnasýnda sesin þiddetine göre karbon tozlarýndan geçen akým deðiþken özellik gösterir. Karbon tozlu mikrofonlarýn çalýþabilmesi için bir DC besleme kaynaðýna gereksinim vardýr. Bu tip mikrofonlarýn empedanslarý 50 W dolayýnda olup çok küçüktür. Ayrýca, kömür tozlarý zamanla özelliðini kaybettiðinden mikrofonun hassasiyeti bozulmaktadýr. Ýþte bu nedenle günümüzde çok kullanýlan bir mikrofon tipi olmayýp, eski tip telefonlarda vb. karþýmýza çýkmaktadýr. 20 db (kazanç) f (khz) khz 20 khz Þekil 7.9: Dinamik mikrofonlarýn frekans karakteristiði Mikrofonlarýn Frekans Karakteristiði Mikrofonlarýn frekans karakteristiði, diyaframa gelen ses sinyallerinin her frekansýna ayný oranda tepki vererek düzgün bir çýktý oluþturmasý anlamýna gelmektedir. Bir mikrofonun frekans karakteristiðinin düzgün olmasý üretim kalitesiyle ilgilidir. Mikrofon seçiminde empedans, duyarlýlýk, frekans karakteristiði, yön karakteristiði gibi unsurlar göz önüne alýnýr. Empedans, mikrofonlarýn yapýmýnda kullanýlan malzemelerin özelliðine göre deðiþmektedir. Yani dinamik yapýlý bir mikrofonda kullanýlan bobinin sarým sayýsý ve telin kesiti empedansý 147

156 belirlemektedir. Mikrofonlarýn duyarlýlýðý, ses frekanslý gerilimi oluþturmak için uygulanan ses basýncýna, çýkýþ geriliminin genliðine, empedansýna göre belirlenir. Müzik yayýnlarýnda yüksek duyarlýlýklý mikrofonlar istenirken, konuþma amaçlý düzeneklerde duyarlýlýk pek önemsenmez. Duyarlýlýðý yüksek bir mikrofon çevreden gelen seslerin tamamýný algýladýðýndan yükselteç çýkýþýnda istenmeyen seslerin oluþmasýna neden olabilir. Mikrofonlarýn frekans karakteristiði, diyaframa gelen ses dalgalarýnýn seviyesi belli bir deðerde tutulduðunda, mikrofon çýkýþýndaki gerilimin frekansa baðlý olarak nasýl deðiþtiðini gösterir. Kaliteli bir mikrofonda oluþan ses frekanslý gerilim, genlik ve frekans açýsýndan, kendisini oluþturan ses dalgasýnýn özelliklerini aynen taþýmalýdýr. Ýyi bir mikrofonun frekans karakteristiði bütün frekans deðerlerinde ayný düzeyde olmalýdýr. Ancak uygulamada kullanýlan mikrofonlar kalite ve modellerine göre deðiþik karakteristik sergilerler. Ýyi kalite mikrofonlarýn frekans karakteristiði de düzgün olmaktadýr. Frekans karakteristiði, ses kaynaðýnýn yönüne ve mikrofona uzaklýðýna baðlý olarak deðiþir. Stüdyo kayýtlarýnda, hassas, düzgün bir frekans karakteristiði istenir. Þekil 7.9'da dinamik mikrofonlarýn frekans karakteristiði verilmiþtir. Mikrofonlarda Empedans Frekansa baðlý olarak elektrik akýmýna gösterilen zorluða empedans denir. Bir mikrofonun empedans deðeri çok önemlidir. Rastgele mikrofon seçimi yapýlýrsa düþük verim söz konusu olur. Günümüzde yaygýn olarak kullanýlan mikrofonlarýn empedans deðerleri, 300, 600 ve 2000 ohmdur. Bunlardan 600 W luk dinamik mikrofonlar çok yaygýn olarak kullanýlmaktadýr. Kablosuz (Telsiz) Mikrofonlar Telsiz mikrofonlar, mikrofon ve küçük güçlü VHF, UHF ya da FM bandýnda sinyal gönderebilen mini vericinin bir gövde içinde birleþtirilmesiyle yapýlmýþlardýr. VHF ( MHz) ve UHF ( MHz) bantlarýndan yayýn yaparak çalýþan telsiz mikrofonlar profesyonel amaçlý olup çok pahalýdýr. (Yaklaþýk ABD Dolarýdýr.) Bunlar, tiyatro, konser ve toplantý salonlarýnda kullanýlýrlar. FM bandýndan ( MHz) yayýn yaparak çalýþan telsiz mikrofonlar ise amatör amaçlý olup ucuzdur. Resim 7.4: Çeþitli telsiz mikrofonlar Mono ve Stereo (Steryo) Mikrofonlar Tek kanallý mikrofonlar monodur ve ses kaliteleri düþüktür. Ýyi kalite ses için iki yollu (stereo) mikrofonlar yeðlenir. Stereo mikrofonlar iki mono mikrofonun birleþmesinden oluþmuþtur. Mikrofon Kablolarý Ses alma sistemlerinde blendajlý (örgülü) mikrofon kablolarý kullanýlýr. Bunlar, dýþ manyetik etkileri bastýrýcý özelliðe sahiptir. 148 FM MHz vericili telsiz mikrofon

157 Dinamik Mikrofonlarýn Saðlamlýk Testi Ohmmetreyle ölçüldüðünde bir direnç deðeri göstermelidir. Ayrýca ölçüm esnasýnda bir týkýrtý duyulmalýdýr. Kapasitif ya da baþka tip mikrofonlarýn saðlamlýk testi ise eleman anfiye takýlarak yapýlabilir. a) Çok yönlü mikrofon b) Ýki yönlü mikrofon c) Tek yönlü mikrofon Þekil 7.10: Mikrofonlarýn alýþ diyagramlarý Mikrofonlarýn Alýþ Diyagramlarý (Yön Karakteristiði) Gelen sesin yönüne göre karakteristiklerinin grafiksel olarak tanýmlanmasýdýr. Tüm mikrofonlarýn yapýlarýna göre deðiþik yönlerden gelen seslere karþý tepkileri farklýdýr. Uygulamada kullanýlan mikrofonlar alýþ diyagramlarýna göre, I. Çok yönlü (yönsüz), II. Ýki yönlü, III. Tek yönlü olmak üzere üç çeþit mikrofon vardýr. Bir yönlü mikrofonlar önden gelen seslere çok duyarlý, diðer yönlerden gelen seslere karþý ise az duyarlýdýr. Bu tip mikrofonlar, istenmeyen seslerin alýnmamasý gereken yerlerde kullanýlýr. Ýki yönlü mikrofonlar karþýlýklý olarak iki yöndeki seslere çok duyarlý, diðer yönlere az duyarlýdýr. Bu tip mikrofonlar karþýlýklý konuþmanýn söz konusu olduðu yerlerde kullanýlýrlar. Yönsüz mikrofonlar herhangi bir yönden gelen seslere karþý ayný tepkiyi gösterirler. Þekil 7.10'da çok yönlü, iki yönlü ve tek yönlü mikrofonlarýn alýþ diyagramlarý (sesleri alma açýlarý) verilmiþtir. Mikrofonlarda Bulunmasý Gereken Özellikler Mikrofonun ürettiði elektrik sinyallerinin düzgün (distorsiyonsuz) olabilmesi için kalite çok önemlidir. Mikrofon seçilirken nerede kullanýlacaðý göz önüne alýnmalýdýr. Aþýrý sarsýntý, rüzgâr, nem, çevredeki gürültü vb. gibi etkenlerin mikrofona ulaþmamasý için tek yönlü ve boneli (sünger baþlýklý) mikrofonlar kullanýlmalýdýr. B. Elektriðin Sese Çevrilmesi Yükselteç devresinin çýkýþýndan alýnan deðiþken özellikli sinyaller, hoparlör adý verilen devre elemanlarý aracýlýðýyla ses sinyallerine dönüþtürülebilmektedir. Bu bölümde hoparlörlerin ve kulaklýklarýn yapýsý, çalýþmasý hakkýnda temel bilgiler verilecektir. 149

158 tweeter Þekil 7.11: Hoparlör sembolü (a) (b) Resim 7.5: Dinamik hoparlörler Hoparlörler Elektriksel sinyalleri insan kulaðýnýn duyabileceði ses sinyallerine çeviren elemanlara hoparlör denir. Hoparlör çeþitleri ve özellikleri þöyledir: doðal mýknatýs mini bobin gövde dýþ süspansiyon bas sesler için büyük kon a. Dinamik (Hareketli Bobinli) Hoparlörler iç süspansiyon Resim 7.12'de görüldüðü gibi dinamik hoparlörler, bobin, mýknatýs, kon (diyafram) gibi elemanlarýn birleþiminden oluþmuþtur. tiz sesler için iç kon Bu elemanlarda demirden yapýlmýþ bir silindirin ortasýna doðal mýknatýs yerleþtirilmiþtir. Mýknatýsla yumuþak demir arasýndaki hava aralýðýna ise hoparlör diyaframýnýn uzantýsý üzerine sarýlmýþ bobin konmuþtur. hava aralýðý hoparlör uçlarý Bobinin sarýldýðý diyaframýn alt Þekil 7.12: Dinamik hoparlörlerin yapýsý kýsmý bir süspansiyon (esnek taþýyýcý) ile gövdeye tutturulmuþtur. Bobin, süspansiyonlar sayesinde hava aralýðýnda rahatça hareket edebilmektedir. Hoparlörlerde kon iki tanedir. Geniþ çaplý olan dýþarýda, küçük çaplý olan ortadadýr. Büyük kon kalýn (bas) sesleri, küçük kon ise ince (tiz) sesleri oluþturur. Dinamik yapýlý hoparlörlerin çalýþma ilkesi þöyledir: Yükselteçten gelen AC özellikli sinyaller hoparlör içindeki bobinin etrafýnda deðiþken bir manyetik alan oluþturur. Bu alan ile sabit mýknatýsýn alaný birbirini itip çekerek diyaframýn titreþimine sebep olur. Diyaframýn ses sinyallerine göre titreþimi havayý titreþtirir. Kulak zarý da buna baðlý olarak titreþerek sesleri algýlamamýzý saðlar. 150

159 Tweeter (Tivitýr)'lý Dinamik Hoparlörler Resim 7.5-b'de görüldüðü gibi iki ya da üç hoparlörün bir gövde içinde birleþtirilmesiyle üretilmiþ elemanlara tweeter (tivitýr)'lý hoparlör denir. Bu elemanlar az yer kapladýðýndan özellikle oto radyo teyplerinde kullanýlmaktadýr. Bunlarda, ortadaki küçük hoparlörler tiz sesleri vermektedir. Tiz sesleri veren minik hoparlörlere sadece yüksek frekanslý sinyallerin gitmesini saðlamak için elemana seri olarak 1-10 mf arasý kapasite deðerlerine sahip elektrolitik kondansatörler kullanýlmaktadýr. huni (boru) ses basýnç odasý diyafram süspansiyon bobin mýknatýs b. Hava Tazyikli (Borulu) Hoparlörler Hava tazyikli hoparlörler þekil 7.13'te görüldüðü gibi dinamik yapýlý hoparlöre koni þeklinde bir boru eklenmesiyle yapýlmýþtýr. Boru, sesin daha uzak mesafeye gitmesini saðlamaktadýr. Hava tazyikli hoparlörlerin sesleri oluþturan bobin, mýknatýs, diyaframdan meydana gelmiþ kýsmýna ünit adý verilir. Resim 7.6'da görülen ünitler yaygýn olarak 25, 35, 60, 100 W güçlerde üretilirler. Okul, stadyum vb. yerlerin ses düzeneklerinde kullanýlan hava tazyikli hoparlörlerin ünitlerindeki ses oluþturan bobinler sökülüp takýlabilecek cinstendir. Ünit içinde bulunan membran adlý kýsým (resim 7.7) bobin ve esnek diyaframdan oluþur. Membran arýzalandýðý zaman yenisiyle deðiþtirilir. Ünit içindeki membranýn ayrýlabilir olmasý maliyeti düþürücü bir etkendir. Yani hoparlör arýzalandýðý zaman sadece membran deðiþtirilir. c. Piezoelektrik (Kristal) Hoparlörler Resim 7.8'de yapýlarý görülen piezoelektrik hoparlörler çizgi biçiminde, birbirine karþý polarize edilmiþ, bükülgen piezooksit (kurþun, elmas, titan karýþýmý) maddeden yapýlmýþlardýr. Þeritlere akým uygulandýðýnda, boyut uzayýp kýsalýr ve karþýdakini itip çeker. Bu titreþim ise esnek membraný hareket ettirerek ses oluþur. Piezoelektrik hoparlörler daha çok yüksek frekanslý seslerin elde edilmesinde (kolonlarýn tivitýrlarýnda) ve kulaklýklarda kulllanýlmaktadýr. kon ünit Þekil 7.13: Hava tazyikli (borulu) hoparlörlerin yapýsý Resim 7.6: Hava tazyikli hoparlör ünitleri Resim 7.7: Hava tazyikli hoparlör ünitlerine takýlan membranlar 151

160 titreþim oyuðu piezo transdüser Resim 7.8: Piezoelektrik (kristal) hoparlörlerin yapýsý ve kristal hoparlör örnekleri Hoparlör Kabinleri (Kolonlar) Hoparlörlerden iyi ve yüksek ses alabilmek için uygun malzemeden yapýlmýþ kabinler kullanýlýr (resim 7.9). Kabin kullanýlmadýðý zaman hoparlörün ön ve arka kýsmýna doðru yayýlan ses dalgalarý birbirini zayýflatýcý etki yapar. Yani havanýn titreþimi istenilen doðrultuda olmaz. Bu olaya akustik kýsa devre denir. Akustik kýsa devre olayýnda özellikle bas sesler oldukça zayýflar. Araþtýrmalara göre en verimli kabin ceviz ya da eþ deðeri aðaçlardan yapýlmaktadýr. Ancak piyasada yaygýn olarak suntadan ya da plâstikten üretilmiþ kolonlar bulunmaktadýr. Hoparlör kabinlerindeki büyük hoparlörler alçak frekanslý kalýn (bas) sesler için kullanýlýr. Üstteki küçük hoparlörler ise yüksek frekanslý ince (tiz, treble) sesleri üretirler. Anfiden gelen ses sinyallerini birbirinden ayýrarak uygun hoparlöre göndermek için pasif ya da aktif (yükselteçli) filtre devreleri kullanýlýr. Hoparlörlerin kabinlerinin boyut ölçülerinin hesabý oldukça teknik bir husustur. Amatörler bu konuda fazla zaman kaybetmeden sonuca gitmek istediklerinde, piyasada satýlan iyi kalite müzik setlerinin kabin boyutlarýný ölçü olarak alabilirler. Resim 7.9: Hoparlör kabinleri (kolonlar) Ek Bilgi Kabinin ses verimi üzerindeki önemini basit bir deneyle anlamak mümkündür. Minik bir hoparlörü önce çýplak olarak çalýþtýrýn ve sesi dinleyin. Daha sonra bu elemaný herhangi bir kabýn içine (bardak, kutu vb.) yerleþtirip sesi tekrar dinleyin. Hoparlörden çýkan seslerdeki artýþ net olarak hissedilecektir. Hoparlör Kolonlarýnda Kullanýlan Pasif Filtre (Ses Frekans Ayýrýcý) Devreleri Bir hoparlörün ses frekans bandý içindeki bütün frekanslarda ayný þiddette ses vermesi mümkün deðildir. O hâlde bir kabin içine bir kaç hoparlörü kendi aralarýnda seri, paralel baðlamak sûretiyle yerleþtirebiliriz. Böylece hem istediðimiz empedans deðerini elde ederiz, hem de çeþitli 152

161 Resim 7.10: Hoparlör kolonlarýnda kullanýlan pasif tip ses frekans filtreleri (sinyal ayýrýcýlar) frekanslarda sesler duyarýz. Ancak istenilen çýkýþ empedansýnýn elde edilmesine karþýn, böyle bir kabinin uçlarýný anfiye baðladýðýmýzda distorsiyonlar duyulur. Çünkü kabin içindeki hoparlörler ayný anda çalýþacaklarýndan, bazý frekanslarda aþýrý derecede yüklenme (anfiden çekilen akýmýn artmasý) söz konusu olur. Bu durumu engellemek için resim 7.10'da görülen frekans filtreleri üretilmiþtir. Filtrelerin esasý bobin ve kondansatörlerin reaktanslarýnýn frekansa göre deðiþmesidir. Þöyle ki; hoparlöre seri baðlanan bir kondansatör gelen her frekansa ayrý bir reaktans gösterir. Kondansatörlerin reaktans deðeri, X C = 1/2.p.f.C ile bulunmaktadýr. Buna göre kondansatöre uygulanan elektrik sinyallerinin frekansý yükseldikçe X C küçülür. I C = U/X C olduðuna göre geçen akým artar. Akýmýn artmasý ise hoparlörden çýkan sesi yükseltir. Hoparlöre paralel olarak bir kondansatör baðlandýktan sonra çýkarýlan uçlar anfiye baðlanacak olursa sadece bas sesler duyulmaya baþlar. Filtre olarak hoparlöre seri baðlý bobin kullanýlýrsa: X L = 2.p.f.L denklemine göre yüksek frekanslarda X L büyük olacaðýndan, yüksek frekanslý tiz sesler duyulmaz olur. Filtre olarak hoparlöre paralel baðlý bobin kullanýlýrsa: X L = 2.p.f.L denklemine göre alçak frekanslarda X L küçük olacaðýndan, alçak frekanslý bas sesler duyulmaz olur. Bobin ve kondansatörlerin bu güzel özellikleri sayesinde hem istediðimiz sesleri duyabiliriz hem de anfi çýkýþý aþýrý yük altýnda kalmaz. Kabin içinde bulunan 2 ile 6 arasý sayýdaki hoparlöre baðlanan bobin ve kondansatör esaslý filtreler sayesinde, anfiden gelen tiz, medyum, bas özellikli sesler ayrý hoparlörlerden duyulur. Yani filtreler anfinin akýmýný frekans bakýmýndan böler. Hoparlörlerin hepsi ayný anda akým çekmez. Herbiri kendi algýlama sýnýrlarý dâhilinde akým çekmeye baþlar. Baþka bir deyiþle: Bas ses yayan hoparlörler: Hz (düþük frekanslý sesler). Medyum ses yayan hoparlörler: Hz (orta frekanslý sesler). Tiz ses yayan hoparlörler: Hz lik yüksek frekanslý sesleri yayarlar. 16 Hz ile Hz arasýnda deðiþkenlik gösteren frekanslý sinyalleri algýlayabilen kulaðýmýz için ses, kabinler tarafýndan üçe bölünmüþ olarak yayýlmaktadýr. Günümüzde her güçte kolon için hoparlör filtresi hazýr olarak satýldýðýndan filtre hesaplamalarý üzerinde durulmayacaktýr. Çünkü hassas ölçme araçlarýna sahip olmadan üretilen filtrelerin verimi düþük olmaktadýr. Hoparlör Kabinleri Ýçin Ýki Yollu Pasif Filtre Devresi Örneði Þekil 7.14'te verilen basit devre yükselteçten gelen sinyalleri bas ve tiz þeklinde ikiye ayýrýr. Devre özellikle 40 W lýk, iki yollu kabinler için uygundur. Filtre devresindeki bobinlerin özellikleri: L 1 : 0,50 mm çapýnda tel ile 235 sarým L 2 : 0,40 mm çapýnda tel ile 135 sarým 153

162 Þekil 7.14: Ýki yollu hoparlör filtresi Þekil 7.15: Ýki yollu hoparlör filtresinde bobin ölçüleri Hoparlör Kablolarý Hoparlör besleme devrelerinde en az 2x0,75 mm² lik çok damarlý kablolar (bitiþik kordon, blendajlý kablo vb.) kullanýlmalýdýr. Kullanýlan kablo iki renkli tipte olursa artý (+) ve eksi (-) uç kolayca belirlenebilir. Hoparlörleri beslemede kullanýlan kablo blendajlý (örgülü) olursa ses kalitesi çok iyi olur. Nasýl bir müzik yayýn sistemi kurmalýyým sorusu çok karþýmýza çýkar. Bu durumda hemen bir yanýt vermek yanlýþ olur. Zîra ses tesisatýnýn kurulacaðý yerin ölçüleri ve özellikleri çok iyi belirlenmeden yapýlacak bir sistem hatalý olabilir. Düðün, spor, konferans salonu gibi mekânlara ses düzeni kurulurken temel prensiplere dikkat edilmediði zaman bir çok problem çýkabilir. (Sesin azlýðý, çýnlamalar, aþýrý ses, seste bozulmalar sýk karþýlaþýlan sorunlardýr.) Yüksek güçlü seslendirme düzeneklerinde devre elemaný seçimi, teknik bilgi ve deneyim gerektirir. O nedenle malzeme alýmý yapýlýrken köklü geçmiþi olan firmalarýn satýþýný yaptýðý kaliteli hoparlör, mikrofon, anfi, kolon donanýmlarý tercih edilmelidir. Þekil 7.16: DIN normuna göre hoparlör karakteristiði Hoparlör Karakteristiði ve Empedans Kaliteli bir hoparlörün 40 Hz ile Hz arasýndaki yayýn bandýnda ortalama ses düzeyi deðiþikliði çok az olmalýdýr. Piyasada satýlan her hoparlör, yükselteçten gelen alçak ve yüksek frekanslý ses sinyallerini ayný duyarlýlýkla algýlayarak sese çeviremez. Bu sakýncayý giderebilmek 154

163 için 3-4 hoparlörden oluþan kolonlar kullanýlýr. Kolonlardaki küçük çaplý hoparlörler yüksek frekanslý (tiz) sesleri iyi üretir. Büyük çaplý hoparlörler ise alçak frekanslý (bas) sesleri iyi oluþturur. Her hoparlör kendisini besleyen anfiye karþý elektriksel bir direnç (empedans) gösterir. Bu empedans deðeri yaygýn olarak 2-80 W arasýnda deðiþir. Empedans deðeri ses sistemlerinde çok önemlidir. Yüksek verim elde etmek için ses frekans sinyali veren cihazýn çýkýþ empedansý ile hoparlör empedansý birbirine eþit olmalýdýr. Piyasada 4-8 W luk hoparlörler yaygýndýr. Ek Bilgi: Hoparlörlerin empedans deðeri Hz frekanslý akýmlar uygulanarak hassas cihazlarla ölçülmektedir. Ohmmetre ile yapýlan ölçümde okunan deðer empedans deðeri deðil bobinin omik direnç deðeridir. Bir hoparlörün direnci ohmmetre ile ölçüm yapýldýðýnda 12 W olarak belirlenmiþse, empedans deðeri Z = W olarak kabul edilebilir. Yükseltecin Çýkýþ Gücünden Daha Düþük Deðerli Hoparlör Kullanýlýrsa Ses kalitesi düþer. Hoparlörden výnlama, zýrýltý duyulur ve eleman bozulabilir. Yükseltecin Çýkýþ Gücünden Daha Yüksek Deðerli Hoparlör Kullanýlýrsa Ses az ve kalitesiz çýkar. Yükseltecin elektronik devreleri aþýrý ýsýnarak bozulabilir. Yükselteç Çýkýþ Empedansý Hoparlör Empedansýndan Büyük Olursa Ses kalýn ve gürültülü çýkar. Yükselteç Çýkýþ Empedansý Hoparlör Empedansýndan Küçük Olursa Ses ince ve az çýkar. Hoparlörlerde Güç Hoparlörlerin etiketlerinde empedans deðerinin yanýnda güç (W) deðeri de belirtilir. Ses sinyali üreten cihazýn (anfi, teyp) gücünden çok küçük güçte hoparlör baðlanýrsa, hoparlörler uzun ömürlü olmaz. Bir süre sonra bobin yanar. Anfi çýkýþýna çekebileceðinden çok fazla güçte hoparlör baðlanýrsa (örneðin walkman'e yüksek güçlü hoparlör baðlama) bu durumda ses çýkýþ seviyesi çok azalýr. Zîra gücü yetersiz gelen alet, hoparlörün diyaframýný istenildiði þekilde titreþtiremez. Ayrýca hoparlör walkman (volkmen)'i aþýrý yük altýnda býrakacaðýndan çýkýþ katý ýsýnmaya baþlar. Aþýrý ýsý ise elektronik devrelerin dengesini bozup arýzaya neden olur. Uygulamada yaygýn olarak kullanýlan hoparlörlerin güç deðerleri þöyledir: 0,2-0, W... Hoparlörlerde Polarite (Artý ve Eksi Uç) Hoparlör baðlantý terminallerinde artý (+) ve eksi (-) iþaretleri karþýmýza çýkar. Ayný zamanda ses sinyali üreten cihazlarýn çýkýþ uçlarýnda da artý (+) ve eksi (-) iþaretleri vardýr. Hoparlör baðlanýrken bu iþaretlere dikkat etmek gerekir. Bir tek hoparlörün devreye düz ya da ters baðlanmasýnýn pratik olarak hiç bir sakýncasý yoktur. Birden fazla hoparlörlü sistemlerde artý (+) ve eksi (-) iþaretlerine uyulmadan baðlantý yapýlýrsa ses verimi düþer. Þöyle ki; ters baðlantýda iki hoparlöre ayný anda elektrik sinyali gittiðinde diyaframýn biri dýþarýya doðru havayý titreþirken, öbürü içeri doðru titreþir. Bu da kulaðýmýza ses titreþimlerini taþýyan havanýn titreþiminin dengesiz olmasýna neden olarak ses verimini düþürür. Polaritesi (artý ve eksi ucu) belli olmayan bir hoparlörün uçlarý basitçe þöyle belirlenir: 1,5-9 voltluk bir pilin uçlarý hoparlör terminal uçlarýna kýsa süreli olarak deðdirilir. Diyafram 155

164 dýþa doðru titreþtiði anda pilin artý (+) ucunun deðdiði yer hoparlörün artý (+) ucudur. Hoparlörlerin Seri, Paralel, Karýþýk Baðlanmasý ve Empedans Uygunlaþtýrma a. Seri Baðlama Hoparlörler seri baðlandýðýnda toplam empedans artar. 100 W, 8 W luk iki hoparlörü seri baðladýðýmýzda 50 W, 16 W luk bir hoparlör elde ederiz. Seri baðlý hoparlörlerde toplam empedansý bulmada kullanýlan denklem, Z T = Z 1 + Z Z n [W ] dur. Örnek: Empedans deðerleri 8 W olan iki hoparlör seri baðlanmýþtýr. Sistemin toplam empedansýný bulunuz. Çözüm: Z T = Z 1 + Z 2 = = 16 W b. Paralel Baðlama Hoparlörler paralel baðlandýðýnda toplam empedans azalýr. 100 W, 8 W luk iki hoparlörü paralel baðladýðýmýzda 200 W 4 W luk bir hoparlör elde ederiz. Paralel baðlantýda toplam empedansýn bulunmasýnda kullanýlan denklem: 1 = [W ] Z T Z 1 Z Z 1 Z 2 Z T Þekil 7.17: Hoparlörlerin seri baðlanmasý Örnek: Empedans deðerleri 4 W olan iki hoparlör paralel baðlanmýþtýr. Sistemin toplam empedansýný bulunuz. Çözüm: 1 = = = 2 4 = = 2 W Z T Z 1 Z c. Karýþýk (Seri - Paralel) Baðlama Çok hoparlörlü ses daðýtým sistemlerinde toplam hoparlör empedansýný anfi empedansýna eþit hâle getirmek için Z uygulanan yöntemdir. 1 Z 2 Z 3 Örneðin 3-4 katlý bir yapýda her katdaki hoparlör kendi arasýnda seri baðlandýktan Z 4 Z 5 Z 6 sonra, seri baðlý gruplar kendi Z arasýnda paralel baðlanarak T empedans eþitlenebilir. Þekil 7.19: Hoparlörlerin karýþýk baðlanmasý Þöyle ki; iki katlý bir yapýda her katta 3 adet 8 W luk seslendirme hoparlörü bulunsun. Birinci ve ikinci katdaki üç hoparlörü kendi arasýnda seri baðlarsak 24 W luk iki grup elde ederiz. Sonra bu iki grubu birbirine paralel baðladýðýmýzda sistemin toplam empedansý 12 W olur. Yükselteçlerin Çýkýþýnýn Uzak Mesafede Bulunan Hoparlörlere Ýletilmesi Yükselteç ile hoparlörler arasýndaki mesafe çok uzun olursa, ses verimi düþer. Yani uzun 156 Z T Z 1 Z 2 Þekil 7.18: Hoparlörlerin paralel baðlanmasý

165 hat elektriksel sinyallere direnç gösterdiðinden, hoparlöre ulaþan AC özellikli sinyallerin geriliminde düþme olur. Ýþte bu durum karþýsýnda uzun hatlardan kaynaklanan zayýflama hat trafolarý kullanýlarak ortadan kaldýrýlýr. Þekil 7.20'de hat trafolarýnýn baðlanýþýna iliþkin örnek devre verilmiþtir. hat trafolarý yükselteç çýkýþý Z 1 Z 2 Z diðer hoparlörlere Þekil 7.20: Yükseltecin çýkýþýndan alýnan ses sinyallerinin hat trafolarý kullanýlarak uzak mesafelere iletilmesi Hoparlör Seçimi Ses sistemlerinde rastgele hoparlör seçimi yapýldýðýnda maliyeti yüksek arýzalar (anfi ya da hoparlör arýzalarý) karþýmýza çýkmaktadýr. O nedenle iyice araþtýrýp incelemeden, kalitesinin ne olduðunu bilinmeden hoparlör alýnmamalýdýr. Ayrýca ses sisteminin empedans ve güç deðerlerine dikkat edilmelidir. Bu konuda kýsaca bilgi verecek olursak: Ses sinyali yayan cihazýn gücü belirlenmeli ve buna göre hoparlör kullanýlmalýdýr. Çok ses çýksýn diye fazla hoparlör baðlama yoluna gidilmemelidir. Ülkemizde özellikle oto radyo teyplerinin çýkýþýna rastgele hoparlör baðlantýsý yapýlmakta, bu ise sýk sýk arýzalara yol açmaktadýr. Hoparlörlerin Saðlamlýk Testi Ohmmetre komütatörü x1 W konumuna alýnarak yapýlýr. Yapýlan ölçümde küçük bir direnç deðeri okunmalýdýr. Bunun yanýnda ölçüm esnasýnda hoparlör bobini, membraný bir miktar titreþtirmelidir. Þekil 7.21: Kulaklýk sembolü Resim 7.11: Mono kulaklýk Resim 7.12: Stereo kulaklýklar Kulaklýklar Hoparlörlerin boyutlarýnýn küçültülmesiyle elde edilmiþ elemanlarýdýr. Verdikleri ses çok yakýndan iþitilebilir. Bunlar, mono ya da stereo olarak üretilirler. Kulaklýk çeþitleri þunlardýr: a. Dinamik (Bobinli) Kulaklýklar Þekil 7.22'de görüldüðü gibi mini bobin, mýknatýs ve diyaframdan oluþmuþ elemandýr. Bu tip kulaklýkta yükselteçten gelen sinyal bobinde manyetik alan oluþturur. Mýknatýs bobini titreþtirir, diyafram titreþir ve ses ortaya çýkar. 157

166 Günümüzde dinamik yapýlý kulaklýklar çok yaygýn olarak kullanýlmaktadýr. diyafram b. Kristal Kulaklýklar Kristal mikrofonun yapýsýna benzer. Yükselteçten kristale gelen ses sinyali kristali titreþtirir. Bu da diyaframý, diyafram da havayý titreþtirerek sesi oluþturur. Þekil 7.23'te kristal kulaklýðýn yapýsý basit olarak gösterilmiþtir. Uygulamada kullanýlan kulaklýklarýn empedans deðerleri 21, 32, 64 ohmdur. Kulaklýk seçimi yapýlýrken empedans deðeri çok önemlidir. Empedans uygun olmazsa ses verimi düþer. doðal mýknatýs kulaklýk uçlarý bobin Þekil 7.22: Dinamik yapýlý (bobinli) kulaklýklarýn yapýsý kristal Sorular kon 1. Mikrofon nedir? Anlatýnýz. 2. Dinamik mikrofonlar hakkýnda bilgi veriniz. 3. Kapasitif yapýlý mikrofonlarýn yapýsýný ve çalýþmasýný þekil çizerek kulaklýk uçlarý anlatýnýz. Þekil 7.23: Kristal kulaklýklarýn yapýsý 4. Dinamik yapýlý hoparlörün yapýsýný þekil çizerek anlatýnýz. 5. Hoparlörlerde empedansýn önemini açýklayýnýz. 6. Kapasitif mikrofonlarýn yapýsýný þekil çizerek açýklayýnýz. 7. Hoparlörler niçin seri ve paralel baðlanýr? Açýklayýnýz. 158

167

168 Bölüm 8: Uygulama Devreleri 1. ±12 Volt Simetrik Çýkýþlý, Regüleli Güç Kaynaðý Devresi Devre özellikle op-amplý devrelerin beslenmesinde kullanýlýr. Çýkýþ akýmý yaklaþýk 1 amperdir (þekil 8.1). 2x12 V 1000 mf/25 V ±1,2-32 Volt Ayarlý Çýkýþlý, Regüleli Güç Kaynaðý Devresi Devre özellikle op-amplý devrelerin beslenmesinde kullanýlýr. Çýkýþ gerilimi 1,2-32 volt arasýnda ayarlanabilir. Kullanýlan potlar ayný anda ayný açýda dönmeli ya da stereo pot kullanýlmalýdýr (þekil 8.2) Volt Sabit Çýkýþlý, 3 Amper Akýmlý, Regüleli Güç Kaynaðý Devresi 7812 regülatör entegresinin çýkýþýna baðlanan 2N3055 transistörü sayesinde çýkýþ akýmý 3 amper olur. Çýkýþ akýmýnýn daha yüksek olmasý istenirse transistörler paralel baðlanmalýdýr (þekil 8.3). 4. Kýsa Devre Korumalý Güç Kaynaðý Devresi Normal çalýþma anýnda tristör kesimdedir. Çýkýþ uçlarý kýsa devre olduðu zaman ya da alýcýnýn çektiði akým 2 amperi geçtiðinde 0,33 ohmluk direnç üzerinde 0,6 voltluk bir gerilim düþümü oluþur. Bu gerilim tristörü iletime sokar. Tristör iletken olunca anot-katot direnci 0,2 ohm seviyesine düþer. BA157 diyodu iletken olur ve BD139'un beyz gerilimini 0 volt potansiyeline çeker. Devrenin çýkýþ gerilimi 0 volta düþer. Bu sýrada led ýþýk vererek devrenin kýsa devre korumada olduðunu bildirir mf/25 V Þekil 8.1: ±12 volt simetrik çýkýþlý, regüleli güç kaynaðý devresi 1000 mf 50 V 7912 Þekil 8.2: ±1,2-32 volt ayarlý simetrik çýkýþlý, regüleli güç kaynaðý devresi Þekil 8.3: 12 volt / 3 amper çýkýþlý güç kaynaðý devresi 10 mf 1000 mf 50 V 2,2 k 10 k 2N k 5 k 5 k Þekil 8.4: Kýsa devre korumalý güç kaynaðý devresi 159

169 Kýsa devre durumu ortadan kaldýrýldýktan sonra reset butonuna basýldýðýnda tristör kesime gider. Devrenin çýkýþýnda yeniden gerilim oluþur (þekil 8.4). S 100 k BC Transistörlü Nem Algýlama Devresi Devrenin sensör kýsmýna su döküldüðünde ya da ortamýn nem oraný arttýðýnda bu eleman üzerinden akým geçiþi olur. Bu akým T 1 transistörünü ve o da T 2 transistörünü iletime sokar. 10 nf lýk kondansatör deðerini deðiþtirirsek devrenin ürettiði sesin frekansý deðiþir (þekil 8.5) mf BC547 1 k 10 nf 8 W 9 V 6. Pil Þarj Devresi 8-15 volt DC gerilimle beslenen þarj devresi ma çýkýþ akýmý verir. 10 kiloohmluk pot kullanýlarak çýkýþ geriliminin deðeri ayarlanabilir. Pillerin hýzlý olarak þarj edilmesi istendiðinde hýzlý þarj anahtarý kapatýlýr (þekil 8.6). 7. ± 12 Volt Simetrik Çýkýþlý DC Güç Kaynaðý Devresi Simetrik beslemeye ihtiyaç duyan devrelerin beslenmesinde kullanýlýr. Devrenin yapýlabilmesi için orta uçlu trafoya gerek vardýr (þekil 8.7). Þekil 8.5: Transistörlü nem algýlama devresi hýzlý þarj V +2-7 V 6 W 6 W k 4,7 k W + + 3,9 k 100 pf 1 mf 1 mf Þekil 8.6: Pil þarj devresi +12 V anten 220 V 2x12 V 1N mf 3-30 pf mf -12 V kapasitif mikrofon 2N3564 BF257 Þekil 8.7: ±12 volt simetrik çýkýþlý güç kaynaðý devresi Þekil 8.8: Tek transistörlü FM verici devresi 8. Tek Transistörlü FM Verici Devresi Verilen devre metrelik mesafede yayýn yapabilir. Bobin 0,8 mm çaplý telden kurþun kalem üzerine 8 sipir olarak sarýlmalý, 30 cm'lik bir tel anten olarak bobinin ortasýna lehimlenmelidir (þekil 8.8). 160

170 9. Ýki Transistörlü FM Verici Devresi Verilen devre metrelik mesafede yayýn yapabilir. Bobin 0,8 mm çaplý telden kurþun kalem üzerine 8 sipir olarak sarýlmalý, 30 cm lik bir tel anten olarak bobinin ortasýna lehimlenmelidir (þekil 8.9). kapasitif mikrofon 1 k 15 k 10 k 1 k anten +9 V 6,8 k 4,7 k 2,2 k 4,7 k Þekil 8.9: Ýki transistörlü FM verici devresi 161

171

172

173

174

175

176

177

178

179

180

181

182