AMASYA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Transkript

1 AMASYA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ EEM 108 Elektrik Devreleri I Laboratuarı Deneyin Adı: Kırchoff un Akımlar Ve Gerilimler Yasası Devre Elemanlarının Akım-Gerilim Özeğrilerinin Çıkarılması Deney No: 3 Raporu Hazırlayan Öğrencinin: Adı ve Soyadı : Okul No : Deney Grubu : Sorumlu Öğretim Üyesi: Sorumlu Araştırma Görevlisi: DENEYİ YAPTIRAN (İMZA) DENEY TARİHİ RAPOR TESLİM TARİHİ VERİLEN NOT

2 2 Deneyin Amacı: Bu deneyde amaç; Kırchoff un akımlar ve gerilimler yasası öğrenmek ve bread board üzerinde kurulan basit elektrik devreleri yardımıyla bu yasaları pekiştirmektir. Direnç, diyot, zener diyot gibi devre elemanlarının Akım-Gerilim Özeğrilerini çıkarak elemanların karakteristik özelliklerin anlaşılmasıdır Genel Bilgiler: Kırchoff un Akımlar ve Gerilimler Yasası nı daha iyi anlayabilmek için öncelikle çevre ve düğüm kavramlarından bahsetmeliyiz. Düğüm: Bir devrede dolaşan akımın iki veya daha fazla parçaya bölündüğü her nokta, düğüm olarak adlandırılır. Çevre: Bir elektrik devresinde herhangi bir noktadan başlayıp tekrar aynı noktaya gelinceye kadar devrede dolaşılan kapalı yola çevre denir. Şekil-1: DC Beslemeli Bir Elektrik Devresinde Kapalı Çevrelerin Ve Düğüm Noktalarının Gösterilmesi 1.Kırchoff un Akımlar Yasası (KCL) Bu yasaya göre herhangi bir düğüm noktasına gelen akımların toplamı, düğüm noktasından çıkan akımların toplamına eşittir. Şekil-1 deki her bir düğüme ilişkin düğüm denklemlerini (D1, D2, D3 ve D4) Tablo-1 de görmekteyiz. Tablo-1: Şekil-1 de Verilen Devre İçin Düğüm Denklemlerinin Elde Edilmesi Düğüm Numarası Düğüme Giren Akımlar Düğümden Çıkan Akımlar Düğüm Denklemi 1 I1 I2 ve I3 I1=I2+I3 2 I2 I4 ve ı5 I2=I4+I5 3 I3 ve I4 I6 I3+I4=I6 4 I5 ve I6 I7 I5+I6=I7

3 3 2. Kırchoff un Gerilimler Yasası (KVL) Bir elektrik devresinde kapalı bir çevre içerisinde gerilimlerin toplamı sıfıra eşittir. Diğer bir ifadeyle kapalı bir çevrede, kaynağın sağladığı gerilim, elemanlar (R, L ve C vs.) üzerinde harcanan gerilim değerlerinin toplamına eşittir. Şekil-1 deki her bir kapalı çevreye ilişkin (Ç1, Ç2 VE Ç3) çevre denklemlerini Tablo-2 de görmekteyiz. Tablo-2: Şekil-1 de Verilen Devre İçin Çevre Denklemlerinin Elde Edilmesi Çevre (Döngü) Numarası Çevrede Yer Alan Gerilim Çevrede Yer Alan Dirençler Düğüm Denklemi Kaynağı 1 E R 1,R 2,R 5 E=V 1 +V 2 +V R 2,R 3,R 4 V 3 =V 2 +V R 4,R 5,R 6 V 5 =V 4 +V 6 3.Devre Elemanlarının Akım-Gerilim Özeğrilerinin Çıkarılması a. Doğrusal Direnç Zamana bağlı olarak değeri değişmeyen, içinden geçen akım ile uçları arasındaki gerilim düşümü arasındaki ilişki doğrusal olan devre elemanıdır. Doğrusal dirençlerde, direncin üzerindeki gerilim düşümü arttığında orantılı olarak uçlarından geçen akımında artar dolayısıyla R= V/I denkleminden direnç değeri her t anı için sabit kalır (Şekil 2-b). (a) (b) Şekil-2: (a) Doğrusal Direncin Simgesi ve (b) Akım-Gerilim Özeğrisi b. Yarı İletken Diyot Diyot, yalnızca bir yönde akım geçiren devre elemanıdır. En çok kullanılan diyotlar, yarı iletken teknolojisi ile üretilen, yarıiletken diyotlardır. Şekil-3: (a) Yarı İletken Diyotun Simgesi ve (b) Akım-Gerilim Özeğrisi

4 Yarı İletken Diyotun Oluşumu Yarı iletken diyotlar, N tipi madde ile P tipi maddenin birleşiminden oluşur. P tipi malzemenin yer aldığı uç anot (+) ve N tipi malzemenin yer aldığı uç katot (-) dur. P ve N tipi malzemeler, ilk birleştirildiğinde P tipi maddedeki oyuklarla N tipi maddedeki elektronlar iki maddenin birleşim noktasında buluşarak birbirlerini nötrler ve burada " Nötr " bir bölge oluşur (Şekil-4). 4 Diyotun İletim Yönünde Kutuplanması Şekil-4: Yarı İletken Diyotun Oluşumu Anot ucuna güç kaynağının pozitif (+) kutbu katot ucuna da güç kaynağının negatif (-) kutbu bağlandığında P tipi maddedeki oyuklar güç kaynağının pozitif (+) kutbu tarafından, N tipi maddedeki elektronlar da güç kaynağının negatif (-) kutbu tarafından itilirler. Bu sayede aradaki nötr bölge yıkılmış olur ve kaynağın negatif (-) kutbunda pozitif (+) kutbuna doğru bir elektron akışı başlar. Yani diyot iletime geçmiştir. Ancak diyot, iletim yönündeki gerilim, belli bir değeri aştıktan sonra iletime geçmektedir. Bunun nedeni diyotun yapımında kullanılan maddelerin bileşim yüzeyinde oluşan gerilim setidir. Bu gerilim değerine eşik gerilimi denir. Diyotun Tıkama Yönünde Kutuplanması Şekil-5: Yarı İletken Diyotun İletime Geçmesi Diyotun katot ucuna güç kaynağının pozitif (+) kutbu, anot ucuna da güç kaynağının negatif (-) kutbu bağlandığında ise N tipi maddedeki elektronlar güç kaynağının negatif (-) kutbu tarafından, P tipi maddedeki oyuklarda güç kaynağının pozitif (+) kutbu tarafında çekilirler. Bu durumda ortadaki nötr bölge genişler, yani diyot yalıtıma geçmiş olur. Diyota uygulanan ters yöndeki gerilim, belli seviyenin üzerine çıktığında ise diyot bozulur ve yalıtkan özelliğini yitirir. Bu gerilim değerine kırılma gerilimi denir. Şekil-6: Yarı İletken Diyotun Tıkamaya Geçmesi Şekil-3 (b), yarı iletken diyotun iletim ve tıkama yönündeki davranışından yola çıkılarak elde edilen karakteristik I-V özeğrisini göstermektedir. Bu eğride yukarıda bahsedilen eşik gerilimini ve tıkama yönündeki kırılma gerilimini görmekteyiz.

5 5 b. Zener Diyotlar Zener diyot, iletim yönünde kutuplandığı zaman normal bir diyot gibi çalışır; ters yönde kutuplandığında ise, belirli bir gerilimden sonra (zener gerilimi) iletime geçer (Şekil-7). Ters gerilim kalkınca, zener diyot da normal haline döner. Normal diyot ise ters yönde belirli bir değerden sonra üzerinden akım geçer ancak bunun sebebi ters yönde çalışması değil, diyotun yalıtkanlığını yitirip bozulmasıdır. Şekil-7: (a) Zener Diyotun Simgesi ve (b) Akım-Gerilim Özeğrisi DENEYDEN ÖNCE YAPILACAKLAR 1. Şekil-8 de verilen devrede her bir eleman üzerinden akan akım ve uçları arasındaki gerilim değerlerini Kirchoff un akımlar ve gerilimler yasasını kullanarak bulunuz ve bulduğunuz akım ve gerilim değerlerini sırasıyla Tablo-3 ve Tablo-4 e kaydediniz. 2.Şekil-8 de verilen devreyi Proteus 7.7- ISIS programında kurarak, her bir eleman üzerinden akan akım ve uçları arasındaki gerilim değerlerini Tablo-3 ve Tablo-4 teki ilgili sütuna kaydediniz. 2.Şekil-9, Şekil-10 ve Şekil-11 de verilen devreleri Proteus 7.7- ISIS programında kurarak, direnç, diyot, zener diyota ilişkin akım-gerilim özeğrilerini elde ediniz. 3.

6 6 DENEYİN YAPILIŞI 1. Şekil-8: Kirchoff Akımlar ve Gerilimler Yasası nın Uygulanacağı Deney Devresi Tablo-3: Şekil-8 de Verilen Devre İçin Dirençlerin Üzerinden Geçen Akım Değerleri Sonuç Eldesi Devre Denklemleri Proteus- ISIS Deneysel Ölçüm i 1 i 2 i 3 i 4 i 5 i 6 Tablo-4: Şekil-8 de Verilen Devre İçin Dirençlerin Uçları Arasındaki Gerilim Değerleri Elle Çözümü Proteus- ISIS Deneysel Ölçüm V 1 V 2 V 3 V 4 V 5 V 6 2. R 1 =470 Ω, R 2 =1000 Ω ve R 3 =2200 Ω luk 3 adet direnç seçiniz ve DMM kullanarak her 3 direnç değerini ölçünüz. Her bir direnç değeri için ayrı ayrı Şekil-9 daki devreyi kurarak V=0V, 2V, 4V, 6V, 8V ve 10V değerleri için sırasıyla her bir gerilim değerine karşın direnç üzerinden geçen akım değerini kaydederek tablo-5 e yazınız.

7 7 Şekil-9: Direnç Uygulama Devresi Tablo-5: R Direncine Ait Akım ve Gerilim Değerleri E I R1 V R1 I R2 V R2 I R3 V R N407 tipi diyot kullanarak Şekil-10 da verilen uygulama devresini kurunuz. Diyota uygulanan gerilimi adım adım artırarak diyotun eşik gerilimini bulunuz, ardından V=0V, 2V, 4V, 6V, 8V ve 10V değerleri için sırasıyla her bir gerilim değerine karşın diyot üzerinden geçen akım değerini kaydederek tablo-6 a yazınız. Şekil-10: Diyot Uygulama Devresi Tablo-6: 1N4001 Diyota Ait Akım ve Gerilim Değerleri E Eşik Gerilimi V d I d

8 8 2. I.Adım: Zener diyot kullanarak, Şekil-11 (a) da verilen zener diyotun iletim yönünde kutuplandığı uygulama devresini kurunuz. Zener Diyota uygulanan gerilimi adım adım artırarak diyotun eşik gerilimini bulunuz, ardından V=0V, 2V, 4V, 6V, 8V ve 10V değerleri için sırasıyla her bir gerilim değerine karşın diyot üzerinden geçen akım değerini kaydederek tablo-6 a yazınız. II.Adım: I.adımda elde edilen devrede zener diyotu ters çevirerek Şekil-11 (b) de verilen zener diyotun tıkama yönünde kutuplandığı uygulama devresini elde ediniz. Zener Diyota ters yönde uygulanan gerilimi adım adım artırarak zener diyotun zener gerilimini bulunuz, ardından V=0V, 2V, 4V, 6V, 8V ve 10V değerleri için sırasıyla her bir gerilim değerine karşın diyot üzerinden geçen akım değerini kaydederek tablo-6 a yazınız. Şekil-10: (a) İletim ve (b) Tıkama Yönünde Kutuplanmış Zener Diyot Uygulama Devresi Tablo-7: 1N4001 Zener Diyota Ait Akım ve Gerilim Değerleri E Eşik Gerilimi İletim Yönünde Kutuplama V d I d Tıkama Yönünde Kutuplama Zener V d Gerilimi I d

9 9