Bölüm 1: Endüstriyel elektronik devre elemanları

Transkript

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

21 Bir tristör, aşırı akım, yüksek tetikleme akımı, yüksek ters A-K gerilimi gibi nedenlerle bozulur. Kataloglarda V R (V reverse ) olarak verilen değer, tristöre ters olarak uygulanabilecek maksimum gerilimi belirtir. V F, (V forward ) ise ileri yönde uygulanabilecek maksimum gerilimi bildirir. Ters dayanma gerilimi aşılacak olursa elemandan geçen sızıntı akımları aniden yükselerek arızaya neden olur. Sonuç olarak, tristörlerin devrede uzun süre görev yapabilmesi için karakteristik değerlerinin uygun olup olmadığına çok dikkat edilmelidir. R kω 470 k P 2N2646 UJT C 1 µf 47 Ω R 2 47 Ω R 3 L S 12 V flamanlı lamba BRX49 MCR V Uygulamada kullanılan bazı tristörlerin özellikleri *TIC106M: 600 V/3,2 A, İletimde tutma akımı: 8 ma, Tetiklenme akımı: 0,2 ma *TIC126D: 400 V/7,5 A, İletimde tutma akımı: 40 ma, Tetiklenme akımı: 20 ma, İletimdeyken A-K arasında düşen gerilimin değeri: 1,4 V *BRX49: 400 V/0,8 A, Kısa süreli olarak geçirebileceği akım: 6 A, Tetiklenme akımı: 20 ma *TIC106D: 400 V/3,2 A *TIC116E: 500 V/5 A *BRX49: 400 V/0,8 A Şekil 1.71 UJT ve tristörlü turn-on zaman rölesi devresi Şekil 1.72: Diyak sembolleri Şekil 1.73: Diyakın yarı iletken yapısı Ğ. Diyaklar (diak, diac) İki yönde de akım geçirebilen tetikleme elemanına diyak denir. Diyak sözcüğü alternatif akımda kullanılan diyot anlamına gelmektedir. Diyak aslında tetikleme (G) ucu olmayan iki tristörün birleşiminden oluşmuştur. Diyak, bir sinyali (akımı) belli bir seviyeye kadar bloke eder (geçirmez). Başka bir deyişle diyak, herhangi bir ucuna uygulanan gerilim V olduğunda aniden iletkenleşen elemandır. Diyaklar, SCR ve triyaklı devrelerde çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Uygulamada kullanılan bazı diyakların iletime geçme değerleri şöyledir: BR100: V,DB4: V V (V) iletime geçme değeri Resim 1.4: Diyak örneği iletime geçme değeri Şekil 1.74: Diyakların elektriksel karakteristik eğrisi Şekil 1.72'de diyak sembolleri, şekil 1.73'te diyakların yarı iletken iç yapısı, resim 1.4'te diyak ve şekil 1.74'te diyakların iki yönlü elektriksel (V-I) karakteristik eğrisi verilmiştir. I. Diyaklı pals üreteci (pals osilatörü): Şekil 1.75'te verilen devreye DC ya da AC uygulandığında R ve P den geçen akım C yi doldurmaya başlar. C nin gerilimi yaklaşık olarak V olduğunda diyak iletkenleşir. R y üzerinde bir gerilim oluşur. Küçük kapasiteli olan C hemen boşalacağından diyak tekrar kesime gider ve devre başa döner. Pot ile C nin dolma zamanı ayarlanabilir. Potun değerine bağlı olarak çıkıştan alınan palslerin frekansı değişir. Devrenin çıkışından alınan sinyaller osilaskopla incelenecek olursa testere dişine benzer palslerin oluştuğu görülür. 21 I (A) I (A) V (V)

22 II. 220 V'ta çalışan diyaklı flaşör devresi: Şekil 1.76'da verilen devreye AC 220 V uygulandığında R 1 direnci üzerinden yavaş yavaş şarj olan C nin gerilimi V olduğunda diyak iletime geçerek ledi çalıştırır. C'nin led üzerinden boşalmasıyla diyak tekrar kesim durumuna geçer ve devre başa döner. Devrede kullanılan 1N4007 diyodu, ledi negatif alternanslara karşı korur. Diyakların sağlamlık testi: Ohmmetreyle yapılan diyak ölçümde her iki yönde de yüksek direnç ( kω) göstermelidir. H. Triyaklar (triac, triak) 1. Triyakların yapısı ve çalışması: Şekil 1.78'de görüldüğü gibi sekiz yarı iletkenin birleşiminden oluşmuş, iki yönde de akım geçirebilen güç kontrol elemanlarına triyak denir. Triyakların ayakları A 1 -A 2 -G (T 1 -T 2 -G ya da MT 1 -MT 2 -G) şeklinde kodlanmıştır. G ucu A 1 -A 2 arasından geçen akımı denetler. A 2 ucu ise yükün bağlandığı uçtur. AC 220 V AC 220 V 1N4007 1N4007 P kω 220 kω-470 kω R 1 V (V) Şekil 1.75: Diyaklı pals üreteci devresi C R kω BR nf/400 V çıkış sinyali R y 100 Ω t (s) R 2 BR Ω 1-10 µf led Şekil 1.76: Diyaklı flaşör devresi A 2 A2 G A 1 G A 1 A 2 G A 1 Şekil 1.77: Triyak sembolleri Şekil 1.78: Triyakın yarı iletken iç yapısı Şekil 1.79: Çeşitli triyaklar Triyak, şekil 1.80'de görüldüğü gibi iki adet tristörün ters paralel bağlanmış hâline benzetilebilir. Triyak DC de çalışırken G ucu bir kez tetiklendiğinde A 2 -A 1 arası sürekli, AC de çalışırken ise G ucu tetiklendiği sürece A 2 -A 1 arası iletken kalır. Triyak AC beslemeli devrelerde kullanılırken G ucuna bağlanan diyak, UJT, PUT, SUS, SBS, neon lamba gibi elemanlarla tetiklenme açısı (anı) daha iyi ayarlanabilir. Bu sayede A 2 -A 1 arasından geçen akım kontrol edilerek alıcının istenilen güç değerinde çalışması sağlanabilir. Triyakların tetiklenmesi: Triyakların alıcıyı çalıştırabilmesi için G ucuna belli bir tetikleme akımı vermek gerekir. Tetikleme akımı (I G ) ise çeşitli şekillerde sağlanabilir. I. DC üreteç ile tetiklemesi: Şekil 1.82'de verilen devrede görüldüğü gibi bu yöntemde triyakın geyt akımı bir DC üretecinden sağlanır. II. G ucunun ana besleme kaynağına bağlı direnç üzerinden tetiklenmesi: Şekil 1.83'te verilen şemada görüldüğü gibi geyt ucu küçük akımlarla çalıştığından akım sınırlayıcı R direnci üzerinden tetikleme yapılır. R direncinin tam doğru olarak seçilebilmesi için, 22

23 +I (A) iletim bölgesi A 2 iletime geçme noktası G -V (V) kesim bölgesi kesim bölgesi +V (V) A 1 iletime geçme noktası tutma akımı iletim bölgesi -I (A) Şekil 1.80: Triyakın tristör eşdeğeri Şekil 1.81: Triyakın elektriksel karakteristik eğrisi R = (V - V şebeke G ) / I G [Ω] denklemi kullanılır. G ucuna bağlanan R direncinin değeri büyütüldükçe tetikleme akımı küçüleceğinden triyak, daha geç iletime geçecek, bu ise alıcının gücünü azaltmamızı sağlayacaktır. alıcı BT136 A 2 Örnek: Besleme gerilimi (V şebeke ) 12 V olan bir devrede kullanılan triyakın G ucunun iletime geçme gerilimi (V G ) 1 volttur. G ucunun çektiği akım (I G ) 1 ma (0,001 A) olduğuna göre, G ucunu aşırı akıma karşı korumak için kullanılması gereken direncin değerini bulunuz. Çözüm: R = (12-1)/0,001 = 11/0,001 = Ω V şebeke V G 1-2 V R Şekil 1.82: Triyakın DC üreteç ile tetiklenmesi G A 1 Triyakların çalışma modları (durumları) a. Mod I (+): Şekil 1.84'te görüldüğü gibi triyakın G ucu (+), A 2 ucu (+), A 1 ucu (-) gerilimle tetiklenir. Bu durumda A 2 den A 1 e akım geçişi olur. Mod I (+) çalışma biçimi tristörün çalışmasının aynısıdır. Bu modda triyak tam iletimdedir. V şebeke alıcı R k A 2 BT136 G A 1 b. Mod II (-): Triyakın G ucu (-), A 2 ucu (+), A 1 ucu (-) gerilimle tetiklenir. Bu durumda A 2 den A 1 e doğru akım geçişi olur. Mod II (-) tipi çalışmada mod I (+)'ya oranla daha yüksek tetikleme gerilimine ihtiyaç vardır. c. Mod III (+): Triyakın G ucu (+), A 2 ucu (-), A 1 ucu (+) gerilimle tetiklenir. Bu durumda A 1 den A 2 ye doğru akım geçişi olur. Mod III (+) modunda G ucuna uygulanan polarma akımı Mod I (+) yöntemindeki akımdan daha yüksek olmalıdır. ç. Mod III (-): Triyakın G ucu (-), A 2 ucu (-), A 1 ucu (+) gerilimle tetiklenir. Bu durumda A 1 den A 2 ye doğru akım geçişi olur. Yukarıda açıklanan çalışma şekilleri içinde I (+) ve III (-) modlarında çalışma çok iyi olup, alçak güçlü devrelerde tercih 23 Şekil 1.83: Triyakın ana besleme kaynağından tetiklenmesi + DC 12 V - alıcı DC 1-2 V R G A 2 BT136 Şekil 1.84: Triyakın mod I (+) olarak çalıştırılması A 1

24 edilir. Bu modlarda tetiklenen triyakın iletime geçmesi için G ucuna verilmesi gereken akımlar küçüktür. I (-) ve III (+) modlarında çalıştırılan triyaklarda tetikleme akımı ile A 1 -A 2 arasından geçen akımların yönleri birbirine zıttır. Bu da verimi düşürür. O nedenle bu iki yöntem pek kullanılmaz. Triyakların kesime sokulması: Çalışmakta olan bir triyakı durdurabilmek için çeşitli yöntemler kullanılır. Triyak DC ile çalışıyorsa kesime sokma I. Seri anahtarla (devre akımı kesilerek), II. Paralel anahtarla, III. Kapasite ile durdurulabilir. (Buradaki üç yöntem tristörler kısmında anlatılmıştır.) Triyak AC ile çalışıyorsa kesime sokma I. Seri anahtarla, II. G'nin tetikleme akımı kesilerek, III. Triyakın A 2 -A 1 uçları arasından geçen yük akımını tutma akımının altına indirerek Ek bilgi: Tutma akımı Her triyakın taşıyabileceği maksimum akım değeri bellidir. Bunun yanında triyakların üzerinden geçen akım belli bir alt değere indirilirse eleman birden kesime gider. Örneğin 10 A taşımakta olan bir triyaktan geçen akımı sıfıra doğru azaltırken akım ma seviyesine indiğinde aniden sıfır olur. İşte triyakın kesime girdiği bu ana tutma akımı denir. 2. Triyakın sağlamlık testi: Ohmmetre uçları A 2 - A 1 arasına bağlanır. 100 Ω - 10 kω arası değere sahip direncin bir ucu G ucuna, diğer ucu ölçü aletinin problarından herhangi birine değdirilir. Bu durumda triyakın A 2 - A 1 arası gösterdiği yüksek direnç sıfıra doğru azalırsa elemanın sağlam olduğu anlaşılır. Ohmmetre ile yapılan ölçüm her zaman doğru sonuç vermeyebilir. Bundan dolayı basit devreler kurularak sağlamlık testi yapmak daha doğrudur. 3. Triyaklı faz kontrol devreleri: Triyaklar kullanılarak lamba, AC seri motor, ısıtıcı vb. gibi alıcıların üzerinden geçen akımın miktarı kolayca ayarlanabilmektedir. Bilindiği gibi triyaklar G uçları tetiklendiğinde her iki yönde de akım geçirebilirler. Bunun yanında G uçlarına uygulanan tetikleme sinyalinin zamanı değiştirilerek A 1 - A 2 uçları arasından geçen akımın değeri kontrol edilebilmektedir. I. Triyaklı basit dimmer (kısıcı) devresi: Şekil 1.85'te verilen dimmer devresinde kullanılan pot ile C nin dolma zamanı ayarlanabilmektedir. Buna bağlı olarak da C'nin üzerinde oluşan gerilim sonucunda iletime geçen diyak triyakı sürmektedir. Devrede potun değeri küçültülürse, C hemen dolar, diyak çabuk iletime geçerek triyakı tetikler ve alıcı W alıcıdan yüksek değerli bir akım geçer. AC 220 V Potun değeri büyültülürse C geç dolar, diyak k A gecikmeli olarak iletime geçip triyakı geç 2 tetikleyeceğinden alıcıdan düşük değerli bir akım k geçer. Verilen dimmer devresinde alıcı eğer omik BR100 A 1 (akkor lamba, halojen lamba, ısıtıcı vb.) özellikli ise G çalışma gayet düzgün olur. Alıcı eğer indüktif 100 nf/400 V (bobin, trafo, motor vb.) özellikli ise triyaktan geçen akım ile gerilim arasında bir miktar faz farkı Şekil 1.85: Triyaklı basit dimmer devresi 24 BT136

25 +12 V olacağından, triyak iletime geçtiği anda üzerinde yüksek gerilim oluşturabilir. Bu yüksek gerilim ise triyakı tekrar iletken durumuna geçirir. İşte bu sakıncayı ortadan kaldırmak için triyakın A 2 - A 1 uçları arasına paralel olarak şekil 1.86'da görüldüğü gibi R ve C bağlanır. II. Triyaklı geri uç etkili iyi kalite dimmer devresi: Şekil 1.87'de verilen dimmer devresinde iki adet kondansatör kullanıldığından pot az çevrilmesine rağmen lambanın ışığının aniden azalması ya da çoğalması sorunu ortadan kalkar. Yani ışığın şiddeti düzgün bir biçimde azalıp çoğalır W 100 Ω 100 nf 400 V alıcı AC 220 V P kω R kω 1-22 kω BT136 G A 2 A 1 V,I t (s) R C 2 BR nf/400 V C 2 Şekil 1.86: Triyaka R-C filtrenin bağlanışı Şekil 1.87: Triyaklı geri uç etkili iyi kalite dimmer devresi Şekil 1.88: Triyaklı dimmer devrelerinde alıcı üzerinden geçen kırpılmış sinyalin şekli III. Triyaklı AC seri (üniversal) motor hız kontrol devresi: Şekil 1.89'da verilen devre ile AC seri motorların devir ayarı yapılabilir. Potun değeri değiştirildikçe kondansatörlerin dolma zamanı değiştiğinden triyakın tetiklenme anı da değişir. Bu ise motordan geçen akımı ayarlayarak hızı değiştirir. Devrede triyakın düzgün olarak çalışabilmesi ve yakında bulunan radyo, TV gibi cihazların parazitik sinyallerden etkilenmemesi için iki adet filtre kullanılmıştır. Motora seri bağlanan bobin yüksek frekanslı sinyalleri üzerinden geçirmeyerek bastırır. Triyaka paralel bağlanan R-C filtre ise yüksek frekanslı sinyalleri kendi üzerinden geçirerek triyakın bu tür sinyallerden olumsuz etkilenmesini engeller. parazit önleyici bobin S AC 220 V AC seri motor 100 µh L C kω kω 1-22 kω nf/400 V BR100 C 2 BT136 BT138 parazit önleyici R-C filtre 100 nf/400 V 100 Ω - R 1k S L BT136 Şekil 1.89: Triyaklı AC seri motor hız kontrol (dimmer) devresi Şekil 1.90: Triyakın anahtar olarak kullanılması 4. Triyaklı uygulama devreleri a. Triyakları anahtar ya da şalter olarak kullanma ile ilgili devreler I. Triyakın basit anahtar olarak kullanılması: Şekil 1.90'da verilen devrede S anahtarı bir kez kapatılıp açılırsa triyak iletme geçerek L'nin sürekli olarak yanmasını sağlar. Devrenin besleme gerilimi AC olursa alıcı, S kapalı olduğu sürece çalışır. Devrede kullanılan triyakın gücü artırılarak çok yüksek akım çeken alıcılar mini bir anahtarla çalıştırılabilir. 25

26 II. Triyakın iki kademeli anahtar olarak kullanılması: Şekil 1.91'de verilen devrede S anahtarı, 1 konumundayken alıcı tam güçte çalışır. Anahtar 2 konumuna alındığında G ucuna sadece pozitif alternanslar gittiğinden triyak tek yönde akım geçirir. Alıcı üzerinden besleme geriliminin yarısı geçtiğinden L yarım güçte çalışır. b. Triyak ile ışık kontrol devreleri I. Triyaklı karanlıkta çalışan devre: Şekil 1.92'de verilen devrede ortam karardığında LDR nin direnci artar. Üzerinde düşen gerilim yükselir. Diyak iletime geçerek triyakı tetikler ve lamba yanar. Aydınlık ortamda L söner. c. Triyaklı AC motor hız kontrol devresi: Şekil 1.93'te verilen triyaklı motor hız kontrol devresi W arası güce sahip üniversal motorların devir sayısını istenilen şekilde ayarlayabilir. Devrede potun direnç değeri düşürülürse C daha çabuk dolar ve diyakı iletime sokar. İletime geçen diyak triyakı tetikleyerek motor üzerinden yüksek değerli bir akım dolaştırır. Bu sayede motor hızlı döner. Potun değeri büyütüldüğünde ise motorun devir sayısı azalır. 5. Triyak ve tristörlerin karşılaştırılması: Endüstriyel sistemlerde ve çeşitli elektronik cihazlarda sıkça karşımıza çıkan tristör ve triyakın birbirinden en önemli farkı, tristörün tek yönde, triyakın ise iki yönde akım geçirebiliyor olmasıdır. Tristörler, yüksek güçlü doğrultmaçlarda, kaynak makinelerinde, vinçlerdeki DC ile çalışan motorların hızının kontrolünde vb. karşımıza çıkar. Triyaklar ise ışık şiddetini kontrol eden devrelerde, Şekil 1.91: Triyakın iki kademeli anahtar (şalter) olarak kullanılması merdiven ışık otomatiklerinde, AC motor kontrol devrelerinde, ışık, ısı kontrol devrelerinde vb. kullanılır. Tristör kullanılarak triyak yapmak mümkündür. Şöyle ki; iki adet tristörün A-K uçlarını şekil 1.80'de verildiği gibi birbirine ters paralel olarak bağladığımızda iki yönde de akım geçirebilen bir triyak elde edebiliriz. Ancak bu yöntem uygulamada kullanılmaz. 6. Tristör ve triyakların korunması a. Parazitik gerilimlerin oluşmasına karşı yapılan koruma: Tristör ve triyaklar indüktif özellikli alıcıları kontrol etmede kullanıldıklarında, iletim ve kesime gittikleri anlarda yük olarak kullanılan bobinlerin uçlarında besleme geriliminin yaklaşık üç katı genliğe sahip, yüksek frekanslı gerilim oluşur. Bobinin etrafında oluşan manyetik alanın yarattığı yüksek indüksiyon gerilimi kısa bir süre içinde oluşmasına rağmen tristörün bozulmasına yol açabilir. Öte yandan bobinin oluşturduğu gerilim radyofrekans (RF) paraziti olarak şebekeye bağlı diğer alıcıları (radyo, TV vb.) olumsuz etkileyebilir. Bobinli alıcılardan kaynaklanan parazitik (istenmeyen) sinyaller tristör, triyak gibi elemanların istenildiği anda durdurulmasına da engel olur AC 220 V L S 2 1N kω kω diyak LDR LBT136 AC 220 V BT136 Şekil 1.92: Triyaklı karanlıkta çalışan devre AC 220 V pot kω W kω BR nf/400 V Şekil 1.93: Triyaklı AC seri motor hız kontrol devresi BT138 G M A 2 A 1

27 Parazitik sinyalleri yok etmek için, I. Tristör ve triyakın iki ana ucu (A-K ve A 2 -A 1 ) arasına R-C (direnç-kondansatör) bağlanır (Şekil 1.86'ya bakınız.) II. Yüke seri olarak bobin (indüktans) bağlanır. Şekil 1.89'a bakınız. III. Tristörlü devrelerde indüktif yüke (röle, motor vb.) ters paralel olarak diyot bağlanır. b. Aşırı geyt akımına karşı koruma: Tristör ve triyakların geyt akımlarının hangi düzeyde olması gerektiği kataloglarda belirtilmiştir. Devre üretimi yapılırken katalog verileri göz önüne alınarak G ye uygun değerli direnç bağlantısı yapılır. c. Aşırı sıcağa karşı koruma: Tristör ve triyaklar çalışırken ısınır. Elemanın gövde sıcaklığı 130 C'ın üzerine çıktığında bozulma söz konusu olabilir. Devre çalışırken ısı ortadan kaldırılmazsa gövde sıcaklığı daha da artarak elemanları çabucak tahrip edebilir. O nedenle çok ısınan elemanların gövdesine alüminyum soğutucular bağlanır. Eğer soğutucu, devrenin şasesine bağlıysa eleman ile soğutucu arasına amyanttan yapılmış yalıtkan plakanın konulması gerekir. Tristör ve triyakların gövdelerindeki ısıyı dağıtmak için kullanılan alüminyum plakalar ısının iyi emilebilmesi için elektroliz yöntemiyle siyahlaştırılır. (Siyah eloksal yapılır.) Alüminyum plakanın et (cidar) kalınlığı soğutulacak elemanın özelliğine göre 3-10 mm arasında değişir. Plakanın yeterli olmadığı durumda ise üfleyici mini fanlar kullanılır. Not: Aşırı ısının oluşmaması için yapılması gereken ilk iş, elemandan katalogta verilen değerin üzerinde akım geçirmemektir. 7. Tristör ve triyak seçimi: Herhangi bir devrede kullanılan tristör ya da triyak DC ile çalışacaksa, elemanın maksimum dayanma gerilimi ile devrenin besleme gerilimi birbirine yakın değerde olabilir. Örneğin BT136 triyakı DC 400 V'luk gerilimlere kadar dayanabilir. Tristör ya da triyak AC ile beslenen bir devrede çalışacaksa, elemanın maksimum dayanma gerilimi AC besleme geriliminden % fazla olmalıdır. Çünkü AC'de tepe değer (maksimum değer) gerilimi söz konusudur. Şöyle ki; voltmetreyle 220 V olarak ölçtüğümüz AC değer aslında etkin değerdir. Bu değerin bir de maksimum değeri vardır. 220 V'luk AC gerilimin maksimum değeri: V maks = V etkin.1,41 = 220.1,41 = 310,2 V'tur. Buna göre 220 V'luk bir devrede kullanılacak tristör ya da triyak gibi elemanların maksimum dayanma gerilimleri 310,2 V olmalıdır. Piyasada ise yaygın olarak V gibi sınıflandırmalar söz konusu olduğundan kullanacağımız elemanın dayanma gerilimi en az 400 V olmalıdır. Kaç amperlik eleman seçeceğiz sorusuna gelince: Bu değer tamamen kullanacağımız alıcının çektiği akıma bağlıdır. Örneğin 220 V'luk tristörlü devrede 100 W gücünde bir lambayı alıcı olarak seçelim. Bu eleman 220 V altında yaklaşık olarak, I=P/V = 100/220 = 0,45 A çeker. Buna göre doğru olan BRX49 (400 V/0,8 A) adlı elemanı seçmektir. Devrede TIC106D (400 V/3,2 A) adlı tristörü de seçebiliriz. Ancak bu durumda maliyet artar. Çünkü yüksek akımlı elemanlar düşük akımlı olanlardan daha pahalıdır. Uygulamada kullanılan bazı triyakların özellikleri -BT136: 400 V/4 A -BT137: 400 V/6 A, Kısa süreli olarak geçirebileceği maksimum akım: 55 A, İletimde tutma akımı: 20 ma, Çalışma modlarına göre triyakın tetiklenmesi için uygulanması gereken akım değerleri: 25 ma-60 ma-25 ma-60 ma -TIC206D: 400 V/4 A, Kısa süreli olarak geçirebileceği maksimum akım: 30 A, İletimde tutma akımı: 30 ma, Çalışma modlarına göre triyakın tetiklenmesi için uygulanması gereken akım değerleri: 5 ma - 5 ma - 5 ma - 10 ma -TIC236D: 400 V/12 A -TIC253D: 400V/20 A -BTA06-200: 200 V/6 A -BTA06-400: 400V/6A -BTA13-400: 400V/13A I. Dört tabaka (shockley, PNPN, 4D) diyotlar Dört tabaka diyotlar şekil 1.95'te görüldüğü gibi dört yarı iletkenin birleşmesinden oluşmuş elemanlardır. Bu diyotlar doğru polarma altında çalışırken uçlarına uygulanan gerilim iletim 27

28 seviyesine ulaşıncaya kadar, ters polarize edilmiş normal diyot gibi çalışır. Uygulanan gerilim yükselerek, iletim gerilimi seviyesine ulaştığında ise, diyot aniden iletime geçerken, eleman üzerinde düşen gerilim de azalmaya başlar. Gerilim, belirli bir değere azaldıktan sonra, tekrar yükselmeye başlar. Bu noktadaki gerilime tutma gerilimi denir. Dört tabaka diyot, tutma geriliminden sonra, gerilimini ve akımını artırarak düz polarmalı normal diyot gibi çalışır. Başka bir anlatımla, dört tabaka diyotlar, başlangıçta ters polarmalı normal diyotlar gibi, tutma geriliminden sonra ise düz polarmalı normal diyotlar gibi çalışır. Bu iki çalışma noktası arasında gerilim düşerken akımın arttığı bir karakteristik gösterirler. Şekil 1.96'da 4D diyotların elektriksel karakteristik eğrisi verilmiştir. Dört tabaka diyotların iletim gerilimleri V arasında, iletim akımları ise 1-50 ma arasında değişmektedir. Bu tip diyotlar, tristör, triyak gibi elemanların tetiklenmesinde, pals jeneratörlerinde, rölesiz telefon sistemlerinde, AC sinyalleri kırpma devrelerinde vb. kullanılır. Dört tabakalı diyot örnekleri: 1N5159, 1N5160, 1N5779, 1N5780, 1N Dört tabaka diyotla yapılan pals osilatörü: Şekil 1.97'de verilen devreye akım uygulandığında kondansatör R 1 direnci üzerinden şarj olmaya başlar. C nin gerilimi PNPN diyodun tetiklenme gerilimi seviyesine ulaştığında eleman iletime geçerek R y A üzerinde gerilim oluşturur. Devrede kullanılan kondansatör küçük değerli olduğundan çabucak deşarj olarak PNPN diyodun kesime gitmesine neden olur. PNPN diyot kesime gittiğinde C yeniden dolmaya başlar. Devre bu şekilde çalışmasını sürdürerek Ry üzerinde palsler oluşturur. Palslerin frekansı R 1 direncinin değeri değiştirilerek ayarlanabilir. İ. SCS'ler (iki kapılı tristörler) P ve N tipi dört yarı iletken maddenin birleştirilmesiyle elde edilmiş, iki tetikleme ucu olan elemanlara SCS denir. SCS'de G 1 kapısı artı (+) polariteli akımla, G 2 kapısı ise eksi (-) polariteli akımla tetiklenir. SCS yi yalıtım durumuna sokmak için ise G 1 kapısına eksi (-) ya da G 2 kapısına artı (+) yönlü akım uygulamak yeterli olmaktadır. Başka bir deyişle SCS, kapılarından herhangi birine doğru polarmalı gerilim uygulanarak iletime, ters polarmalı gerilim uygulanarak ise kesime sokulabilmektedir. SCS'li sıcaklık alarm devresi: Şekil 1.101'de verilen devrede ortam sıcaklığı artınca NTC'nin direnci azalır. Pot üzerinde oluşan gerilim SCS'yi sürer. Rölenin kontakları konum değiştirir. 28 K Şekil 1.94: Dört tabaka (4D) diyot sembolleri I maks (50mA/5A) I tutma (1mA/50mA) 15 µa/35 µa I (A) tutma noktası V tutma 0,5 V/1,2 V iletkenlik bölgesi negatif direnç bölgesi kesim bölgesi Şekil 1.95: Dört tabaka (4D) diyodun yarı iletken iç yapısı V çalışma 20 V/200 V V (V) Şekil 1.96: Dört tabaka diyodun elektriksel karakteristik eğrisi AC ya DC R 1 C PNPN diyot R y V (V) çıkış sinyali Şekil 1.97: Dört tabaka diyotlu pals üreteci devresi t (s)

29 Ortam sıcaklığı azalsa bile röle çalışmaya devam eder. B butonuna basıldığında ise SCS kesime giderek röleyi ilk konumuna getirir. J. Neon lambalar Flamansız, soğuk katotlu gazlı lambalara neon lamba denir. Neon lambalar cam gövde içindeki gazın özelliğine göre kırmızı, yeşil, sarı, turuncu vb. renklerde ışık yayarlar. Bu lambaları çalıştırmak için uygulanması gereken gerilim cam gövde içindeki gazın (argon, helyum, sodyum vb.) cinsine ve elektrotlar arasındaki mesafeye bağlıdır. Örneğin lamba içinde neon gazı varsa, 21,5 V uygulandığında gaz iyonize olarak turuncu ışık verir. Neon lambaların ateşleme gerilimleri modeline göre 90 V'a kadar çıkar. 220 V ile neon lamba çalıştırılacağı zaman 1/4 W gücünde kω'luk direnç lambaya seri bağlanır. Neon lambalar, karakteristik olarak diyaklara benzediklerinden, tristör ve triyakların tetiklenmesinde, elektrik enerjisinin olup olmadığını gösteren pano tipi göz lambalarında, kontrol kalemlerinde, gece lambalarında, ışıklı anahtarlarda vb. kullanılır. Küçük boyutlu tip neon lambaların akımı 0,6 ma iken, duya monte edilerek kullanılan neon lambaların akımı 1,9-2,5 ma dolayındadır. katot geyt A K Şekil 1.98: SCS sembolü A K anot geyt Şekil 1.100: SCS'nin transistör eşdeğeri 470 k Şekil 1.99: SCS'nin yarı iletken yapısı Resim 1.5: SCS örneği 100 kω Şekil 1.101: SCS'li sıcaklık alarm devresi Şekil 1.102: Neon lâmba sembolü Resim 1.6: Çeşitli neon lâmbalar Neon lambalı pals üreteci devresi: Şekil 1.103'te verilen devreye AC uygulandığında diyot, R 1 ve P üzerinden geçen akım C'yi doldurmaya başlar. C'nin gerilimi neon lambanın iletime geçme gerilimi seviyesine ulaşınca bu eleman iletime geçer ve çıkışdaki direnç üzerinde gerilim oluşur. Küçük kapasiteli olan C hemen boşalacağından neon lamba kesime gider ve devre başlangıç noktasındaki durumuna dönmüş olur. Sonuçta çıkışdaki direnç (R 2 ) üzerinde testere dişine benzer palsler oluşur. K. Tetikleme elemanlarıyla yapılmış dimmer (kısıcı) devreleri I. SUS ve tristörlü tam dalga kontrollü dimmer: Şekil 1.104'te verilen devrede R 1 ve P üzerinden şarj olan kondansatörün gerilimi yaklaşık 7,4-7,5 V olunca SUS iletime geçerek tristörü sürer. Tristörün iletime geçme anı potun değerine bağlı olarak değişir ve lambanın verdiği ışık pot ile ayarlanmış olur. 29

30 II. SBS ve triyaklı dimmer devresi: Şekil 1.105'te verilen devrede R ve P'den geçen akım C'yi doldurmaya başlar. C'nin gerilimi SBS'nin iletime geçme değerine yükseldiğinde bu eleman akım geçirerek triyakı sürer. 470 k V,I Şekil 1.103: Neon lâmbalı pals üreteci 12 V flâmanlı lâmba AC 12 V 4x1N4001 R kω TIC106D P kω G 2N k 100 nf A K 1-10 kω Şekil 1.104: SUS ve tristörlü tam dalga dimmer devresi Şekil 1.105: SBS ve triyaklı dimmer L. Kuadraklar (quadrac, ditriac) Diyak ve triyakın bir gövde içerisinde birleştirilmesiyle yapılmış elemanlara kuadrak denir. Bu elemanlar geyt tetikleme gerilim seviyesi yüksek olan triyak gibi düşünülebilir. Devre üretiminde kuadrak kullanımı montaj kolaylığı sağlar ve cihazda kullanılan eleman sayısı daha az olur. a. Kuadraklı karanlıkta çalışan devre: Şekil 1.108'de verilen devrede ortam karardığında LDR'nin direnci artar ve üzerinde düşen gerilim büyür. LDR üzerinde düşen gerilim V arası değere Şekil 1.106: Kuadrak sembolü ulaştığına kuadrak iletime geçerek lambayı yakar. Ortam aydınlandığında LDR'nin direnci azalır ve üzerinde düşen gerilim düşer. Bu ise kuadrakı kesime sokar. b. Kuadrakların sağlamlık testi: AVOmetre ile yapılan ölçümde elemanın üç ucu arasında yapılacak altı ölçümün sonuçları da yüksek ohm (50 kω-200 kω) çıkmalıdır. 30 A 1 A 2 G Şekil 1.107: Kuadrak örneği k Şekil 1.108: Kuadraklı karanlıkta çalışan devre

31 c. Bazı kuadrakların akım ve gerilim değerleri Q4003LT: 400 V/3 A Q4004LT: 400 V/4 A Sorular 1. Tristörün yapısını transistör eşdeğerini çizerek anlatınız. 2. Triyaklı dimmer devresini çizerek anlatınız. 3. Tristörlü bir fazlı, ayarlı çıkışlı yarım dalga doğrultmaç devresini çizerek çalışmasını anlatınız. 5. UJT'li pals osilatörü devresini çizerek anlatınız. 6. Triyak ve LDR kullanarak aydınlık ortamda çalışan devre çiziniz. 7. SUS nedir? Anlatınız. 8. Diyaklı pals üreteci devresini çizerek çalışmasını anlatınız. 10. Triyak ve LDR'li karanlıkta çalışan devreyi çizerek çalışmasını anlatınız. Elemanın kodu Bazı UJT lerin özellikleri Tipi Özellikleri Ayakların dizilişi Elemanın kodu Bazı PUT ların özellikleri Özellikleri Ayakların dizilişi Elemanın kodu Bazı SUS'ların özellikleri Özellikleri Ayakların dizilişi V V V V 31

32 Bölüm 2: İşlemsel yükselteçler (op-amplar) A. Diferansiyel (fark) yükseltecinin yapısı ve çalışma ilkesi 1. Giriş: Girişine uygulanan alçak akım ya da gerilimli (genlikli) sinyali, akım ya da gerilim bakımından büyüten devrelere yükselteç (amplifikatör) denir. Yükselteç devreleri transistör, JFET, MOS- FET, op-amp ya da entegre ile yapılabilir. Transistörlü yükselteçler hakkında bilgi almak için temel elektronikle ilgili kaynaklara bakılmalıdır. JFET ve MOSFET'li yükselteçler hakkında bilgi almak için ise kitabın birinci bölümüne bakınız. Uygulamada kullanılan yükselteçler şu şekilde sınıflandırılabilir: AF (audio frequency, alçak frekans) yükselteçleri, RF (radyo frekans) yükselteçleri, Video (resim) yükselteçleri, Enfraruj ve ultrasonik (ultrases) yükselteçler, Yükselteçler belirli bir frekans aralığında çalışan devrelerdir. Diferansiyel (fark) yükselteçleri uygulamada kullanılan özel bir devre tipidir. Şekil 1'de blok şeması, şekil 2'de devre yapısı verilen fark yükseltecinin iki giriş ve iki çıkış ucu vardır. 1. giriş 2. giriş V 1 g1 V 2 g2 fark yükselteci V Ç1 V Ç2 1. çıkış 2. çıkış Şekil 1: Fark yükseltecinin blok şeması 3 4 +V CC Fark yükseltecinde bir ya da iki girişe sinyal uygulamak mümkündür. Ayrıca bu tür devrelerde iki çıkıştan da sinyal alınabilmektedir. Şekil 2'de görüldüğü gibi fark yükseltecindeki iki transistörün emiter uçları R E direnci üzerinden -V EE ucuna bağlanmıştır. Bu yöntem sayesinde devrenin iki çıkış ucunun da giriş sinyallerinden etkilenmesi sağlanmıştır. Başka bir deyişle R E direnci üzerinde oluşan gerilim her iki transistöre de negatif geri besleme etkisi yapar. Fark yükselteçlerini çalıştırabilmek için simetrik çıkışlı DC güç kaynağı kullanılır. Girişlere uygulanan sinyalin ve çıkışlardan alınan sinyalin devresini tamamlaması için simetrik DC güç kaynağının şase (toprak, ground, gnd, 0) ucu görev yapar. Şekil 2'de verilen fark yükselteci devresi tek transistörlü emiteri şase yükselteç devresine çok benzer. O nedenle transistörlü emiteri şase yükselteç devresinin çalışmasını bilmeyen bir kişinin fark yükselteci devresinin çalış-masını anlaması mümkün değildir. Fark yükselteci devresindeki R C1 ve R C2 yük direnci olarak çalışır. Yani bu iki direnç transistörlerin kolektör akımını ayarlayarak (sınırlayarak) C uçlarındaki gerilimlerin besleme geriliminin yarısı kadar olmasını sağlar. R C1 ve R C2 yük dirençleri kullanılmayacak olursa devre yükselteç olarak çalışmaz ve çıkışta her zaman besleme gerilimi kadar bir gerilim görülür. Şekil 2'de verilen fark yükselteci devresi PNP transistörler kullanılarak da yapılabilir. Bu durumda sadece besleme gerilimlerinin polaritesi değiştirilir. Yani, +V CC yerine -V CC, -V EE yerine +V EE bağlanır. R C1 R C2 3 4 C C V Ç1 V 1 Ç2 2 V g1 V g2 T 1 T 2 R E -V EE Şekil 2: Fark yükseltecinin devre yapısı 2. Tek girişli fark yükselteci Tek girişli fark yükselteci devresi şekil 3'te görüldüğü gibi çalıştırılır. Şekil 4'te verilen devrede T 1 'in B ucuna uygulanan AC sinyal T 1 'i iletim ve kesime sokarak V Ç1 ucundan 180 faz farklı (ters çevrilmiş) bir sinyal alınmasını sağlar. 32

33 V g fark yükselteci 4 V ç1 V ç2 3. İki girişli fark yükselteci Şekil 6'da görüldüğü gibi iki girişe de AC özellikli sinyal uygulayarak çalıştırılan devrelere iki girişli fark yükselteci denir. Şekil 3: Tek girişli fark yükseltecinin blok şeması +V CC 1 3 fark yükselteci V Ç1 V Ç2 R C1 R C2 V 4 3 Ç1 V Ç2 1 2 V g1 V g2 2 4 Vg1 T 1 T 2 Şekil 6: İki girişli fark yükseltecinin blok şeması R E -V EE Şekil 4: Tek girişli fark yükseltecinin bağlantı şeması Tek girişli fark yükselteci devresinin 2 numaralı girişi şaseye bağlı olmasına karşın 4 numaralı çıkış ucundan yine de giriş sinyaliyle aynı fazlı olan bir çıkış sinyali alınır. Bu durumu şu şekilde açıklayabiliriz: T 1 'in girişine uygulanan AC özellikli sinyal T 1 'in C-E ucundan bir akım geçirir. C-E arasından geçen I C1 akımı R E direnci üzerinde gerilim düşümü oluşturur. R E üzerinde oluşan geri besleme gerilimi T 2 transistörünün C ucundaki gerilimin değişim göstermesine yol açar. Başka bir deyişle, R E üzerindeki V RE gerilimi yükseldikçe V Ç2 yükselir, V RE gerilimi düştükçe V Ç2 düşer. Bu anlatımların ışığında şunu söyleyebiliriz: Tek girişli fark yükselteci devresinde V g1 ucuna uygulanan AC özellikli sinyal şekil 5'te görüldüğü gibi V Ç1 çıkışından 180 faz farklı olarak alınırken, V Ç2 çıkışından aynı fazlı olarak alınır. V g1 3 1 fark yükselteci 2 Şekil 5: Tek girişli fark yükseltecinin çıkış sinyalleri Tek girişli fark yükselteci devresinde giriş sinyali 2 numaralı girişe uygulanıp, 1 numaralı giriş şaseye bağlanacak olursa bu kez V Ç2 sinyali girişle 180 faz farklı, V Ç1 sinyali ise girişle aynı fazlı olur. 4 V Ç1 V Ç2 33 İki girişli fark yükselteci devresinde giriş uçlarına uygulanan gerilimler 180 faz farklı olmalıdır. Eğer fark yükseltecinin iki girişine uygulanan sinyaller aynı fazlı olursa her iki çıkıştan da "ideal koşullarda" 0 volt alınır. Giriş sinyallerinin aynı fazlı olması durumunda çıkış sinyallerinin 0 V oluşu şekil 7'de gösterilmiştir. V g1 V g V Ç1 V Ç2 Şekil 7: İki girişli fark yükseltecinin iki girişine de aynı fazlı sinyal uygulandığında çıkıştan alınan sinyallerin şekilleri Girişlere uygulanan aynı fazlı ve aynı genlikli sinyallerin çıkış uçlarında 0 V oluşturmasını şu şekilde açıklayabiliriz: V G1 giriş sinyali V Ç1 çıkışında 180 faz farklı bir sinyal oluştururken, V Ç2 çıkışında aynı fazlı sinyal oluşturur. V G2 giriş sinyali V Ç2 çıkışında 180 faz farklı bir sinyal oluştururken, V Ç1 çıkışında aynı fazlı sinyal oluşturur. Sonuç olarak girişlerin çıkışlarda oluşturduğu zıt polariteli (faz farklı) sinyaller birbirini yok ederek çıkışın 0 V olmasına yol açarlar. Fark yükseltecinin girişine uygulanan sinyaller 180 faz farklı olduğu zaman çıkış uçlarından alınan sinyallerin hâli şekil 8'de görüldüğü gibi olur. Sonuç olarak fark yükseltecinin girişlerine uygulanan sinyaller 180 faz farklı olduğu 3 fark yükselteci V g1 'in oluşturduğu çıkış V g2 'in oluşturduğu çıkış V g2 'in oluşturduğu çıkış V g1 'in oluşturduğu çıkış

34 zaman çıkışlardan iki sinyalin toplamı kadar bir sinyal alınır. V g1 R C1 +V CC R C2 V g2 T 1 T fark yükselteci V Ç1 V g1 girişinden uygulanan sinyalinin çıkışlarda oluşturduğu sinyaller T 3 R 1 R2 R E -V EE V g1 2 4 V Ç2 Şekil 10: Sabit akım kaynaklı fark yükselteci devresinin transistör ile oluşturulması 1 2 V g2 3 fark yükselteci 4 V Ç1 V Ç2 V g2 girişinden uygulanan sinyalinin çıkışlarda oluşturduğu sinyaller transistörünün kolektöründen akan I C akımı R 1, R 2, R E direnci ve V EE gerilim kaynağı tarafından belirlenir. I E akımını hesaplamak için şu denklemler kullanılır: I B akımını bulmada kullanılan denklem, I B = VEE R + R 1 2 V g2 V B gerilimini hesaplamada kullanılan denklem, V B = I B.R 1 Şekil 8: İki girişli fark yükseltecinin giriş uçlarına uygulanan sinyaller 180 faz farklı olduğu zaman çıkışlardan alınan sinyallerin şekilleri 4. Sabit akım kaynaklı fark yükselteci Sabit akım kaynaklı fark yükselteci devresi şekil 9'da görüldüğü gibi emiter direnci yerine sabit akım kaynağı bağlayarak yapılır. V g1 R S1 R C1 +V CC R C2 T 1 T 2 Şekil 9: Sabit akım kaynaklı fark yükselteci devresi Sabit akım kaynağının transistör kullanarak oluşturulmuş hâldeki devresi şekil 10'da verilmiştir. Sabit akım kaynaklı fark yükselteci devresinde emiter akımı (I E ) istenilen değere ayarlanabilir. Şekil 10'da verilen sabit akım kaynaklı fark I E R S2 V g2 T 3 transistörünün B-E uçları arasında düşen polarma geriliminin bulunmasında kullanılan denklem, V BE = V B -V E şeklindedir. Bu denklemden V E çekilirse, V E = V B -V BE eşitliği bulunur. I E = VE V R E EE olarak yazılabilir. I B akımı ihmal edilirse, I E akımı yaklaşık olarak I C 'ye eşit kabul edilebilir. I E I C yükselteci devresinde I E akımını ayarlayan T 3 34

35 B. Operasyonel amplifikatörler (op-amp, işlemsel yükselteçler) 1. Giriş: Çok yüksek kazançlı DC yükselteçlere op-amp denir. Op-amp her türlü elektronik devrenin (zamanlayıcı, kare/üçgen dalga üreteci, ses frekans yükselteci, transdüserli/sensörlü devre, lojik kapı, filtre vb.) yapımında kullanılabilir. İşlemsel yükselteçler 1940'lı yıllardan beri bilinmekle beraber, yaygın olarak 1960'lı yılların sonuna doğru kullanım alanına girmiştir. Giriş sinyali DC iken kazancı çok yüksek olan op-ampın çıkışından alınan gerilimin değeri geri besleme (R gb ) direnci kullanılarak istenilen seviyeye ayarlanabilir. 741 Şekil 11: Op-amp sembolü ve yaygın olarak kullanılan 741 adlı op-ampın ayaklarının dizilişi 2. Op-ampların yapısı Op-amplar, plastik ya da metal gövdeli olarak üretilir. Bu elemanların gövdelerinin içinde bulunan yükselteç sayısı bir ya da birden çok olabilmektedir. Örneğin, 741 adlı op-ampta 1 adet, şekil 12'de iç yapısı görülen 747 adlı opampta 2 adet, LM324 adlı op-ampta 4 adet işlemsel yükselteç vardır. Op-ampların artı (+) ve eksi (-) olmak üzere iki girişi ve bir çıkış ucu bulunur. Bu elemanlarda NC ile gösterilen uçlar boştadır. (Hiç bir yere bağlı değildir.) Op-amplar konusunu iyice öğrenen elektronikçi bir çok devrenin tasarımını en az malzeme kullanarak yapabilir. 3. Op-ampların kazancı (A K, A V ) Girişlere uygulanan gerilimlerin seviyeleri arasındaki farkın yükseltme miktarıyla çarpımına kazanç denir. Şöyle ki; op-ampın kazancı , giriş uçlarına uygulanan gerilimlerin farkı 1 µv ise geri besleme direnci (R gb ) bağlı değilken çıkışta µv görülür. Devre anlatımlarında, Op-ampların (+) giriş ucuna faz çevirmeyen (evirmeyen, non-inverting) giriş, (-) giriş ucuna ise faz çeviren (eviren, inverting) giriş denir. Op-ampların çıkış ucu bir adettir. Yük, çıkış ucu ile devrenin şase (toprak, ground, gnd.) ucu arasına bağlanır. Alıcıda oluşan çıkış geriliminin seviyesi op-amp besleme geriliminden 0,1-2 V daha düşüktür. Çıkışta görülemeyen 0,1-2 voltluk gerilim, op-ampın iç elemanları üzerinde düşmektedir. Op-amplarda alıcıya giden akım ise ma dolayındadır. Alıcı akımının yüksek seviyelere çıkmaması için genelde 1-10 kω'luk direnç çıkış ucu ile alıcı arasına seri olarak bağlanır. 4. Op-ampların DC ile beslenmesi Op-ampların beslemesi pozitif çıkışlı ya da simetrik (+, 0, -) çıkışlı DC üreteçleriyle yapılır. Uygulamada en çok simetrik kaynaklı besleme V CC 741 V CC Şekil 12: 747 adlı op-ampın ayaklarının dizilişi 35 Şekil 13: Op-ampın simetrik çıkışlı güç kaynağıyla beslenişi

36 yöntemi kullanılır. Simetrik güç kaynağı basit olarak şekil 13'te görüldüğü gibi birbirine seri bağlı iki pil (üreteç) ile elde edilebilir. Şöyle ki; pillerin üst ve alt ucu (+) ve (-)'yi oluşturken, birleşim noktaları ise şase (toprak, ground, gnd.) görevi yapar. Op-ampların beslenmesinde en çok ±5, ±9, ±12, ±15 ve ±18 voltluk simetrik çıkışlı DC (DA) üreteçleri kullanılır. 5. Op-ampların bazı özellikleri Op-ampın bazı elektriksel özellikleri şunlardır: Gerilim kazancı arasındadır. Giriş direnci (empedansı) 0,3-5 MΩ arasındadır. Çıkış empedansı Ω arasındadır. Bant genişliği 1 MHz dolayındadır. Çıkış akımı (I çıkış ) ma dolayındadır. Giriş uçlarına 0 V uygulandığında çıkış uçlarında da 0 V oluşmaktadır. Karakteristikleri sıcaklıkla çok az değişmektedir. Giriş uçlarının çektiği akım sıfıra yakındır. 6. Geri besleme direnci kullanılmaması durumunda op-amp kazancı (açık çevrim kazancı) Op-ampların çıkışından giriş ucuna doğru geri besleme yapılmazsa kazanç çok yüksek olur. Bu değer gibi yüksek rakamlara ulaşabilir. Örneğin, (+) girişe V grş1 = 4 µv, (-) girişe V grş2 = 1 µv uyguladığımızı varsayalım. Op-amp bu iki gerilimi kıyaslar. Aralarında ne kadarlık fark olduğunu belirler. Daha sonra bunu kez büyütür. Bizim kullandığımız op-ampın kazancının olduğunu kabul edelim. Buna göre yükseltecin çıkışında, V çkş = (V grş1 - V grş2 ).Kazanç = (4-1) = µv'luk gerilim oluşur. Görüldüğü üzere geri besleme elemanları kullanılmazsa çok yüksek kazançlı yükselteç 36 devresi elde edilir. Bu ilk anda iyi bir özellik gibi görülebilir. Ancak bir çok devrede bu kadar yükseltme (kazanç) olması istenmez. Giriş sinyalini geri besleme direnci kullanmadan çok yüksek değere çıkarmayı istemeyişin nedenini şöyle açıklayabiliriz: (+) girişe 5 V, (-) girişe 2 V'luk sinyal uyguladığımızı varsayalım. Geri besleme direnci kullanmadığımızda op-amp iki sinyalin farkını belirler (bu 3 V'tur) ve 3 V'u kez yükseltmek ister. Yükseltme hesabına göre çıkışın = V olması imkânsızdır. Çünkü yükseltecin besleme gerilimi en fazla 36 V olabilmektedir. O hâlde bu örnekte verilen devrede girişe uygulanan gerilimler en çok V seviyesine çıkarılabilir. Bu ise çıkış sinyalinde distorsiyon (bozulma, kırpılma) olması sonucunu doğurur. O nedenle, op-ampların kazancı teorik bir değerdir. Uygulamada daha düşük kazançlı olarak çalıştırılan yükselteçler kullanılmaktadır. 7. Op-amplarda off-set gerilimi (V io ) Op-amp ne kadar kaliteli yapılırsa yapılsın, giriş uçları boşta olduğu hâlde bile çıkışlarında belli bir gerilim oluşabilir. Yüksek kaliteli ölçme, kontrol ve kumanda devrelerinde bu durum istenmeyen sonuçlar yaratır. İşte bu sakıncayı gidermek için off-set (sıfırlama) ayarı yapılır. V çkş Şekil 14: Op-ampın off-set ayarının yapılışı Şekil 14'te verilen devrede görüldüğü gibi yükseltecin 1 ve 5 numaralı ayakları arasına ayarlı bir direnç bağlanır. Daha sonra bu direncin orta ucuna üretecin eksi (-) ucundan besleme yapılır. Ayarlı direncin mili çevrilerek çıkışın 0 V olması sağlanır. Sıcaklığın, giriş off-set gerilimi üzerinde etkisi vardır. Transistör tekniğiyle üretilen op-

37 amplarda sıcaklığın 1 C artması, giriş off-set gerilimini 5-10 µv artırır. 741 adlı op-ampın V io değeri yaklaşık 1 mv'tur. a. Fark yükselteci (dif-amp) katı: Giriş sinyallerinin uygulandığı kattır. (+) ve (-) şeklinde iki giriş söz konusudur. 8. Op-ampların iç yapısındaki devre katları İçinde 20'nin üzerinde transistör bulunduran op-ampların iç yapısını tamamen bilmek, pratik uygulamalarda pek bir fayda sağlamaz. O nedenle op-ampın iç devreleri kısaca açıklanacaktır. Şekil 15'te görüldüğü gibi op-ampın içinde bulunan devreler üç kısımdır. b. Kazanç katı: Fark yükseltecinden gelen sinyalleri yükselten kattır. c. Çıkış katı: Yükü besleyebilmek için gerekli akım ve gerilimin alındığı kattır. fark yükselteci katı +V CC V grş1 V çkş V grş2 off-set off-set kazanç katı çıkış katı -V CC V grş1 fark yükselteci katı kazanç katı çıkış katı V çkş V grş2 Şekil 15: Op-ampın iç yapısı 9. Op-ampların bant genişliği Alçak frekanslı ya da DC gerilimlerde opampın kazancı en yüksek düzeyde (yaklaşık ) iken, giriş sinyalinin frekansı yükseldikçe kazanç düşmektedir. Bu yaklaşıma göre frekans ile bant genişliğinin (BG, BW) çarpımı daima eşittir. Yani, Kazanç x bant genişliği = 10 6 Hz olarak kabul edilebilir. Bu açıklamalardan sonra op-amplar için maksimum kazancın, giriş sinyalinin DC olması durumunda elde edilebileceği ifade edilebilir. Şekil 16'da op-ampların bant genişliği-frekans karakteristiği verilmiştir. Giriş sinyalinin frekansı 1 MHz olduğunda A V =1 olur. kazanç (A V ) Şekil 16: Op-ampın bant genişliği-kazanç karakteristiği 37

38 10. Op-amp parametreleri a. Op-ampların giriş polarma akımı (I b ) Her iki girişten op-amp devresine akan akımların ortalama değeridir. V io (off-set) gerilimi gibi, çıkışta istenmeyen DC seviye oluşumuna yol açar. I. Fark giriş empedansı: (+) ve (-) giriş arasında ölçülen toplam empedanstır. Fark giriş geriliminin değişiminde, polarma akımının değişimi ölçülüp oranlanarak giriş empedansı belirlenir. II. Ortak mod giriş empedansı: Girişlerle toprak arasında ölçülür. 741 adlı op-ampın Z grş değeri yaklaşık 2 MΩ'dur. I 2 I 1 I b V çkş V b Z grş Z grş Şekil 17: V grş =0 V'ken op-ampın akım yönleri Şekil 17'de V grş = 0 voltken op-ampın akım yönleri verilmiştir. Burada I b = I 1 + I 2 olmaktadır. I b = R V b + 1 V V çkş R gb b olur. V b 'nin çok küçük olduğu gözönüne alınırsa, V çkş = I b.r gb şeklinde yazılabilir. Şekil 19: Op-ampların giriş empedansı ç. Op-ampların çıkış empedansı (Z çkş ) Çıkıştan bakıldığında görülen empedanstır. Değeri düşüktür. 741 adlı op-ampın Z çkş değeri yaklaşık 75 Ω'dur. Giriş polarma akımının çıkışta yol açacağı off-set gerilimi oluşumunu en az (minimum) düzeye indirmek için şekil 18-a-b'deki bağlantı yöntemleri kullanılabilir. 741 adlı op-ampın I b akımı değeri yaklaşık 30 na'dir. V grş R 1 R p R gb V çkş R 1.R gb R p = R + R 1 V grş V çkş Şekil 18: Giriş polarma akımının çıkışta yol açacağı offset gerilimini azaltmak için kullanılan bağlantı şekilleri b. Op-ampların giriş off-set akımı (I io ) V çkş =0 V olduğunda her iki giriş polarma akımı arasındaki farktır ve çıkışta, V çkş = R 2.I io kadar ek bir off-set geriliminin oluşmasına yol açar. 741 adlı op-ampın I İ O değeri yaklaşık 7 na'dir. R 1 c. Op-ampların giriş empedansı (Z grş ) Op-amplarda iki adet giriş empedansı vardır. 38 gb R p R gb Z çkş Şekil 20: Op-ampların çıkış empedansı d. Op-ampların çıkış kısa devre akımı (I osc ) Op-amp devresinden çekilebilecek maksimum akımdır. 741 adlı op-ampın I OSC akımı değeri yaklaşık 25 ma'dir. e. Geri besleme direnci yokken gerilim kazancı (A VO ) Op-amp devresine dışarıdan herhangi bir geri besleme sağlanmadığı zamandaki çıkış geriliminin, giriş gerilimine oranına denir. 741 adlı op-ampın A VO değeri yaklaşık 'dir. f. Ortak mod tepki oranı (common mode rejection ratio, CMRR) Op-amp devresinin her iki girişine de ortak uygulanan sinyali kabul etmeme özelliğidir. Bu değer her iki girişe aynı anda uygulanan

39 sinyalin, çıkış sinyaline oranına eşittir. 741 adlı op-ampın CMRR değeri yaklaşık 90 db'dir. g. Kanal ayırımı Bazı op-amp entegrelerinde birden çok opamp bir arada bulunabilir. Örneğin 747 opampında iki adet birbirinden bağımsız op-amp vardır. Bu tür entegrelerde op-ampların birinin girişine uygulanan sinyal, diğerinin çıkışında çok küçük de olsa bir sinyal oluşturur. Bu sinyal ne kadar küçük ise kanal ayrımı o kadar iyidir. Genellikle db cinsinden oran ifadesi kullanılır. 741 adlı op-ampın kanal ayırımı değeri yaklaşık 120 db'dir. ğ. Slew rate Op-ampın bant genişliğiyle ilgili bir parametredir. Bu değer, V/µs (volt/mikrosaniye) cinsinden ifade edilir. Op-ampın ne kadar çabuk durum değiştireceği hakkında bilgi verir. V/µs değeri ne kadar büyükse op-amp o kadar geniş bantlıdır ve girişine uygulanan, hızlı değişen sinyalleri bozmadan yükseltip çıkışa aktarma yapılabilir. 741'in slew rate değeri yaklaşık 0,5 V/µs'dir. 11. Op-amplı uygulama devreleri a. Op-amplı gerilim izleyici (voltage follower) devresi Çıkış empedansı yüksek olan bir devrenin düşük empedanslı bir devre ile uyumlu çalışmasını sağlamak için kullanılan devredir. girişdeki devreden çok çok az bir akım çekilir. Öte yandan çıkış ucu ise alıcıya maksimum düzeyde bir akım gönderebilir. Yükseltecin çıkışından (-) girişe yapılan köprü (bağlantı) sayesinde devrenin çıkış gerilimi giriş gerilimine eşit düzeyde olur. Yani, V grş =V çkş 'dır. Devrenin kazancı ise A v = 1 olacaktır. V V çkş grş denklemine göre Günümüzde sadece gerilim izleyici olarak kullanılmak üzere yapılmış op-amplar da mevcuttur. Örneğin LM110 adlı op-ampın çıkışı ile (-) girişi arasındaki bağlantı entegrenin içinden yapılmıştır. LM110'un bazı özellikleri şunlardır: I. Giriş empedansı: 10 6 MΩ, II. Giriş akımı: 1 na, III. Çıkış empedansı: 0,75 Ω, IV. Bant genişliği: 10 MHz, V. Kazancı: 0,9997 (yaklaşık 1) Not: Dıştan bağlantı yapılarak gerilim izleyici olarak çalıştırılan op-amplı devrelerin karakteristik özellikleri de LM110'a benzer. b. Op-amplı faz çeviren (eviren, inverting, ters çevirici, tersleyen) yükselteç devresi Girişe uygulanan AC ya da DC özellikli sinyalleri 180 ters çeviren devredir. Şekil 22'de verilen op-amplı faz çeviren yükselteç devresinde giriş sinyali (-) uçtan uygulanır. Not: x noktasındaki V x gerilimi 0 V olarak kabul edilir. Bu noktaya zahîrî toprak da denir. V çkş x V çkş V grş V grş Şekil 21: Op-amplı gerilim izleyici devresi Şekil 22: Op-amplı faz çeviren yükselteç devresi Şekil 21'de görülen bağlantıda giriş empedansı (Z grş ) yaklaşık 100 MΩ, çıkış Op-amplı faz çeviren yükselteç devresinde empedansı (Z çkş ) yaklaşık 0,1 Ω kadardır. kazanç, Devrenin bant genişliği ise 1 MHz dolayındadır. R gb Gerilim izleyici devresinde giriş empedansının çok yüksek olması, girişe bağlanan A v = - denklemiyle hesaplanır. R 1 sisteme fazla bir yük binmesini engeller. Yani, Op-ampın çıkış ucundaki gerilimin bulunmasında kullanılan denklem ise, 39

40 V çkş = -A v.v grş şeklindedir. Yukarıda verilen iki denklemde kullanılan eksi (-), girişe uygulanan sinyallerin ters çevrildiğini belirtmektedir. Op-ampın (+) ve (-) giriş uçları arasındaki potansiyel fark 0 volttur. Bunu şu şekilde açıklamak mümkündür: Op-ampın giriş empedansı çok yüksek olduğundan (+) ve (-) uçlarından akım akmadığı kabul edilirse, (+) ve (-) giriş uçları arasındaki gerilim farkı da 0 volt olacaktır. Bu nedenle op-amplarda devreye giren akım, op-ampa girmez şeklinde bir kabul yapılarak hesaplama yapılır. Op-ampın girişi akım çekmediği için şekil 22'de verilen devrede "x" noktasının şaseye göre potansiyel farkı V x = 0 V olarak kabul edilebilir. Başka bir deyişle "x" noktası "zahirî toprak" olarak nitelenir. Bu nedenle, I grş =I gb eşitliği yazılabilir. Bu denkleme göre girişten gelen akım R gb direnci üzerinden akacaktır. R 1 direnci üzerinden akan I grş akımının denklemi, Vgrş Vx I grş = 'tir. V R x gerilimi 0 V olduğundan 1 Rgb A V = eşitliği bulunur. R 1 Op-amplı faz çeviren yükselteç devresinde R 1 =R gb olarak seçilirse kazanç 1'e eşit olur. Yani bu durumda yükselteç sadece faz çevirme (polarite değiştirme) işlemi yapar. Örnek: V grş = +0,5 V, R gb = 100 kω, V çkş =? Çözüm A V = R gb R 1 = 100/10 = -10 R 1 = 10 kω, V çkş = -A v.v grş = -10.0,5 = -5 V c. Op-amplı faz çevirmeyen (evirmeyen, non-inverting) yükselteç devresi Şekil 23'te verilen devrede giriş ile çıkış sinyalleri aynı fazlıdır (polaritelidir). Faz çevirmeyen yükseltecin giriş ucunun empedansı (direnci) yaklaşık 100 MΩ olup çok yüksektir. Bu nedenle girişe bağlanan sinyal kaynağından (sinyal jeneratörü, mikrofon vb.) akım çekilmez. I grş = V grş R 1 olur. R gb direnci üzerinden geçen akımın denklemini ise, Vx V I gb = R şeklinde yazmak mümkündür. 1 çkş V = R çkş gb I grş = I gb olduğuna göre, V grş = R 1 V R çkş gb dışlar çarpımı yapılırsa, yazılabilir. Bu eşitlikte içler -V çkş.r 1 = V grş.r gb elde edilir. Bu eşitlik, V V çkş grş Rgb = şeklinde yazılabilir. Denklemde R 1 çıkış geriliminin giriş gerilimine oranı yükseltecin kazancını (A V ) vereceği için, 40 İdeal bir op-ampın giriş empedansı sonsuz ohm olduğundan, (+) ve (-) giriş uçları arasından geçen akım 0 A olur. Akımın geçmediği bir yerde gerilim düşümü oluşmayacağından (+) ve (-) giriş uçları arasındaki potansiyel fark 0 V olarak kabul edilebilir. İşte bu nedenle V grş gerilimi R 1 direnci üzerinde düşen gerilime eşit olur. R 1 direncinden geçen akımı bulmayı sağlayan denklem, I R1 = V grş Şekil 23: Op-amplı faz çevirmeyen yükselteç devresi V 1 çkş R + R 2 şeklindedir. V çkş

41 R 1 direnci üzerinde oluşan gerilim ise, V R1 = I R1.R 1 denklemiyle bulunur. Op-ampın giriş uçlarının özelliğinden dolayı R 1 üzerinde düşen V R1 gerilimi V grş gerilimine eşit olacağından, V grş = V R1 V grş = I R1.R 1 Vçkş V grş =.R 1 yazılabilir. Bu denklemde R + R 1 2 eşitliğin her iki tarafını V çkş 'a bölersek, V g1 V g2 x Şekil 24: Op-amplı faz çeviren toplayıcı yükselteç devresi V çkş V V grş çkş R1 = R 1 + R bulunur. gb V Kazanç, A v = V R1 + R A v = R R A v =1+ R 1 gb 1 gb = çkş grş R R olduğundan, R 1 gb + 1 R1 denklemi bulunur. Op-amplı faz çevirmeyen yükselteç devresinde çıkış geriliminin değeri ise, V çkş = V grş.[1+( )] ya da V çkş = V grş.a V denklemleriyle hesaplanabilir. Örnek: R 1 = 1 kω, R gb = 10 kω, V grş = 2 V a. V çkş =? b. A V =? Çözüm a. V çkş = V grş.[1 + ( )] = 2.[(1 + (10 / 1)] = 22 V b. A V = 1 + ( ) = 1 + (10/1) = 11 Ya da, A V = V çkş /V grş = 22/2 = 11 ç. Op-amplı faz çeviren toplayıcı yükselteç (summing amplifier) devresi Girişe uygulanan sinyalleri (gerilimleri) topladıktan sonra yükselten ve yükseltiği sinyali ters çeviren devredir. Şekil 24'te verilen devrede görüldüğü gibi toplanacak sinyaller op-ampın (-) girişine uygulanmaktadır. 41 Faz çeviren toplayıcı yükselteç devresinde toplanacak gerilim sayısı istenildiği kadar artırılabilir. Yani (-) girişe uygulanan sinyal sayısı 2 adet olabileceği gibi 10 adet de olabilir. Şekil 24'te verilen devrede op-ampın (-) girişi akım çekmediğine göre, I gb = I R1 +I R2 eşitliği yazılabilir. Dirençler üzerinden geçen akımların denklemleri, Vg1 Vx I R1 =, R 1 Vg2 Vx I R2 =, R 2 Vx V I gb = R gb çkş şeklindedir. Şekil 24'te "x" ile gösterilen noktanın şaseye göre potansiyel farkı (gerilimi) 0 V olduğundan dirençler üzerinden geçen akımların denklemleri, V g 1 V g V 2 I R1 =, I R2 =, I R R gb = R 1 eşitlikleri bulunur. 2 I gb = I R1 +I R2 eşitliğine akımların denklemleri yazılacak olursa, V çkş V 1 = g V g 2 + R gb R 1 R 2 çkş gb ortaya çıkar. Bu denk-

42 lemden V çkş ifadesi çekilirse, V g 1 V g 2 V çkş = -R gb.( + ) R R 1 2 Faz çeviren toplayıcı yükselteç devresinde girişe bağlanan R 1, R 2, R 3,..., R n birbirine eşit olarak seçilirse denklem, V çkş = -.(V g1 +V g V gn ) şeklinde yazılabilir. V g1 V g2 V çkş Faz çeviren toplayıcı yükselteç devresinin çıkış gerilimini hesaplamada kullanılan denklemlerdeki (-) işareti, giriş ile çıkış gerilimleri arasında 180 'lik faz farkı olduğunu belirtir. Örnek: Faz çeviren toplayıcı yükselteç devresinde V g1 = + 1 V, V g2 = -3 V, R gb = 220 kω, R 1 = 100 kω, R 2 = 200 kω V çkş =? V g1 V g2 Çözüm: V çkş = -R gb.( + ) R R2 1 3 = ( + ) = ( + ) = ( + )= -2,2 +3,3 =1,1 V Örnek: Faz çeviren toplayıcı yükselteç devresinde V g1 = + 2 V, V g2 = + 3 V, R gb = 10 kω, R 1 = 10 kω, R 2 = 10 kω V çkş =? Çözüm: V çıkış = -.(V g1 + V g2 ) = -.(2+3) = -5 V çıkarılırken şu yöntem izlenir: Önce (+) giriş ve buraya bağlı dirençler yok sayılarak (-) girişe gelen sinyalin ters çevrildiği düşünülüp buraya gelen sinyale göre çıkış gerilimini hesaplamada kullanılan denklem, Rgb V çkş =.V g1 ya da V çkş = -A V.V g1 R şeklinde yazılabilir. 1 Daha sonra (-) giriş ve buraya bağlı dirençler yok sayılarak (+) girişe gelen sinyalin ters çevrilmediği düşünülüp buraya gelen sinyale göre çıkış gerilimini hesaplamada kullanılan denklem, R V çkş = (1+ R gb şeklinde yazılabilir. 1 ).Vg2 ya da V çkş = A V.V g1 Ancak şekil 25'te görüleceği gibi op-ampın faz çevirmeyen (+) girişine uygulanan sinyal R 3 direnci üzerinde oluşan V x gerilimi kadardır. R 3 direnci üzerinde oluşan V x gerilimi, V x = I.R 3 ile bulunur. R 3 direncinden geçen akımın bulunmasında kullanılan denklem ise, I = Şekil 25: Op-amplı fark yükselteci devresi R 2 V g2 + R 3 Bu denklem, şeklindedir. d. Op-amplı fark yükselteci (difference amplifier) devresi Girişlere uygulanan sinyallerin farkını bulup sonra bu farkı yükselten devredir. Şekil 25'te verilen fark yükselteci devresinin çıkış gerilimini bulmada kullanılan denklemler 42 V x = I.R 3 eşitliğinde I'nın yerine konulursa, V x = R 2 V g2 + R 3.R 3 bulunur. Op-amp faz çevirmeyen yükselteç olarak

43 çalıştığında R 3 direnci üzerindeki V x gerilimini, gerilim kazancı (A V ) kadar yükseltecektir. O hâlde, R R V çkş = (1+ R gb 1 ).Vg2 şeklindeki denklem, R V çkş = (1+ R gb 1 ).Vx olarak değiştirilebilir. Bu denklemde V x değerinin yerine yukarıdaki 2 V g2 + R 3.R 3 değeri yazılacak olursa, gb V çkş = (1+ R V ).( 2.R R R 2 + R 3 ) 3 eşitliği bulunur. 1 Fark yükseltecinin iki girişi için bulunan denklemler birleştirilecek olursa, Rgb gb V çkş =.V R g1 + (1+ R V ).( g2.r R R 2 + R 3 ) 3 1 Op-amplı fark yükselteci devresinde R 1 =R 2 =R 3 =R gb olursa, Rgb gb V çkş =.V R g1 + (1+ R V ).( g2.r R R 2 + R 3 ) 3 1 V çkş = -1.V 1 + (1+1).( 2 V g2.1) V çkş = -V 1 + (2).( 2 V g2 ) 1 1 Rgb gb V çkş =.V R g1 + (1+ R V ).( g2.r R R 2 + R 3 ) 3 1 Rgb 1 R R gb gb V çkş =.V R g1 +( + ).( 1 R (R 1 ) 1 R1 + R 1 (1) 1 gb ).V g2 Rgb V çkş =.V R g1 +.V g2 Rgb R V çkş =.V R g1 + R R V çkş = R gb gb.vg2 1.(Vg2 -V ) eşitliği bulunur. g1 Örnek: Şekil 25'te verilen fark yükselteci devresinde R 1 = 10 kω, R 2 = 10 kω, R gb = 33 kω, R 3 = 20 kω, V g1 = 1 V, V g2 = 2 V olduğuna göre çıkış gerilimini (V çkş ) bulunuz. Çözüm Rgb R gb Vg2 V çkş =.V R g1 + (1+ ).(.R R R 2 + R 3 ) 3 1 V çkş = 2,43 V Örnek: Şekil 25'te verilen op-amplı fark yükselteci devresinde R 1 = 10 kω, R 2 = 10 kω, R gb = 33 kω, R 3 = 33 kω, V g1 = 1 V, V g2 = 2 V olduğuna göre çıkış gerilimini (V çkş ) bulunuz. Çözüm R gb V çkş =.(Vg2 R -V ) g V çkş =.(2-1) = 3,3 V 10 1 V çkş = -V g1 + V g2 V çkş = V g2 - V g1 denklemi yazılabilir. Bu denkleme göre fark yükselteci devresinde kullanılan dirençlerin tümünün değeri aynı olduğunda girişe uygulanan gerilimlerin farkı çıkışta görülür. Op-amplı fark yükselteci devresinde R 1 =R 2 ve R 3 =R gb olarak belirlenirse, 43 e. Op-amplı karşılaştırıcı (kıyaslayıcı, komparatör) devresi Girişlerine uygulanan gerilimlerin farkını alarak yükseltme yapan devredir. Bu tip bağlantıda şekil 26'da görüldüğü gibi geri besleme direnci yoktur. Karşılaştırıcı olarak kullanılan op-amplı devre simetrik çıkışlı güç kaynağıyla beslendiğinde, I. (+) girişe uygulanan gerilim (-) girişe uygulanan gerilime eşit ise, çıkış gerilimi 0 V olur.

44 100 k R gb 10 nf V g1 V çkş V çkş V grş V ref zener diyot Şekil 26: Op-amplı karşılaştırıcı devresi II. (+) girişe uygulanan gerilim (-) girişe uygulanan gerilimden büyük ise, çıkış gerilimi pozitif yönde maksimum değerde olur. III. (+) girişe uygulanan gerilim (-) girişe uygulanan gerilimden küçük ise, çıkış gerilimi negatif yönde maksimum değerde olur. 10 khz Şekil 27: Op-amplı integral alıcı devre V grş V çkş Not: Op-ampların karşılaştırıcı özelliğinden yararlanılarak sıcaklık, ışık, ses, dokunma ile ilgili devreler yapılabilir. Örnek: Şekil 26'da verilen op-amplı kıyaslayıcı devresinde (-) girişe uygulanan V ref gerilimi 3 V, (+) girişe uygulanan V g1 gerilimi ise +5 V olduğuna göre V çkş gerilimi ne olur yazınız. Çözüm: V g1 >V ref olduğundan V çkş gerilimi yaklaşık +12 V olur. Not: Aslında V çkş gerilimi V olur. 1-2 V'luk gerilim op-ampın içinde düşer. f. Op-amplı integral alıcı (zaman gecikmeli) devre Şekil 27'de verilen op-amplı devre, girişine uygulanan kare dalgayı üçgen dalga hâline getirir. Matematik dersinde açıklanan integral, bir eğrinin altında kalan alandır. Başka bir deyişle kare dalganın integrali üçgen dalgadır. Op-amplı integral alıcı devresinde C 1 kondansatörüne paralel bağlı olan R gb direncinin görevi giriş uçları arasındaki off-set geriliminin op-ampı doyuma sokmasını önlemektir Şekil 28: İntegral alıcı devrenin girişine uygulanan kare dalganın çıkıştan üçgen dalga olarak alınışı Op-amplı integral alıcı devresindeki R 2 direncinin görevi ise giriş polarma akımlarının eşit olmamasından kaynaklanabilecek off-set geriliminin etkisini ortadan kaldırmaktır. Op-amplı integral alıcı devresinin, girişine uygulanan kare dalgayı üçgen dalgaya çevirebilmesi için, I. f giriş f c = olmalıdır. Yani, girişe uygulanan kare dalga şeklindeki sinyalin frekansı kritik frekans (f c ) değerinden büyük ya da kritik frekans değerine eşit olmalıdır. II. Devrenin zaman sabitesi (τ = R 1.C gb ) ile girişe uygulanan kare dalga şeklindeki sinyalin periyodu birbirine eşit ya da yakın bir değerde olmalıdır. Eğer yukarıda belirtilen koşullar sağlanmamışsa girişe uygulanan kare dalga biçimli sinyalin integrali alınamaz ve çıkışta üçgen biçimli dalga oluşmaz. Bu durumda devre faz çeviren yükselteç gibi çalışır.

45 Örnek: Şekil 27'de verilen integral alıcı dev-rede R gb = 100 kω, C gb = 10 nf, R 1 = R 2 = 10 kω'dur. Devrenin girişine 10 khz'lik bir kare dalga uygulanırsa çıkıştan üçgen dalga alınabilir mi? Hesaplayınız. Çözüm İntegral alıcı devrenin kritik frekans değeri, 1 f c = = 3 9 =159,2 Hz 2.3, = -( 3 ).0, = -2 V 1.10 g. Op-amplı türev (differentiator) devresi Girişine uygulanan üçgen dalgayı kare dalgaya çeviren devredir. Şekil 29'da verilen devrenin, girişine uygulanan üçgen dalgayı kare dalgaya çevirebilmesi için, I. f giriş f c Devrenin girişine uygulanan kare dalganın periyodu, T grş = 1/f grş = 1/10000 = 0,0001 s = 0,1 ms Devrenin zaman sabitesi, τ = R.C gb = = 0,1 ms V grş Ω V x 1 µf V çkş II. Devrenin zaman sabitesi ile girişe uygulanan kare dalga şeklindeki sinyalin periyodu birbirine eşit çıkmıştır. Bu sonuçlara göre devrenin girişine uygulanan kare dalga çıkıştan üçgen dalga olarak alınır. Yani devre integral alıcı olarak çalışır. Şekil 29: Op-amplı türev alıcı devre +V grş -V grş +V çkş Op-amplı integral alıcı devresinde herhangi bir süre sonra çıkıştan alınan üçgen dalganın gerilim değerini hesaplamak için, -V çkş V çkş = -[ ].V grş.t ya da V çkş = -( ).V grş.t Şekil 30: Türev alıcı devrenin girişine uygulanan üçgen dalganın çıkıştan kare dalga olarak alınışı I. f giriş f c = olmalıdır. Yani, girişe denklemleri kullanılır. uygulanan kare dalga şeklindeki sinyalin Yukarıda verilen denklemlerde, frekansı kritik frekans (f c ) değerinden küçük ya t: Saniye, da kritik frekans değerine eşit olmalıdır. τ = R.C zaman sabitesidir. II. Devrenin zaman sabitesi (τ = R gb.c 1 ) ile girişe uygulanan üçgen dalga şeklindeki sinyalin Örnek: Şekil 27'de verilen integral alıcı devresinde R = 10 kω, C = 100 nf V periyodu birbirine eşit ya da yakın bir değerde 1 = 0,2 V ise, 1 g1 olmalıdır. 10 ms sonra çıkış gerilimi ne olur? Hesaplayınız. Eğer yukarıda belirtilen koşullar sağlanmamışsa girişe uygulanan üçgen dalga biçimli Çözüm τ = R 1.C = = s sinyalin türevi alınamaz ve çıkışta kare biçimli V çkş = -( ).V grş.t dalga oluşmaz. Bu durumda devre faz çeviren yükselteç gibi çalışır. 45

46 Örnek: Şekil 29'daki devrede girişe 1 khz'lik üçgen dalga uygulandığında çıkıştan kare dalga alınabilir mi? Hesaplayınız. Çözüm f c = = 1 2.3, = 1592,3 Hz f grş =1 khz = 1000 Hz f c = 1592,3 Hz f grş f c koşulu sağlanmıştır devreler yapılamamaktadır. Çünkü 1N4001 olarak bilinen silisyumdan yapılmış diyodun iletime geçebilmesi için en az 0,6 V (600 mv)'a gerek vardır. Buna göre, 1N4001 ile yapılan doğrultmacın 600 mv'un altında DC gerilim vermesi mümkün değildir. (Germanyumdan yapılmış diyotların iletime geçme gerilimi ise 0,2 V dolayındadır.) İşte bu nedenle op-amplar kullanılarak düşük voltajlı DC üreteçleri yapılmaktadır. R 2 V çkş Türev alıcı devrenin zaman sabitesi, τ = R gb.c 1 = = 1 ms Türev alıcı devrenin girişine uygulanan üçgen dalganın periyodu, T grş = 1/f grş = 1/ = 1 ms Girişe uygulanan üçgen dalganın periyoduyla, devrenin zaman sabitesi birbirine eşittir. Bu sonuçlara göre devrenin girişine uygulanan üçgen dalga çıkıştan kare dalga olarak alınır. Yani devre türev alıcı olarak çalışır. Op-amplı türev alıcı devresinde herhangi bir süre sonra çıkıştan alınan kare dalganın gerilim değerini hesaplamak için, V V çkş = -R gb.c 1.( grş ) t denklemi kullanılır. Örnek: R gb = 10 kω, C 1 = 100 nf, V grş = 4 voltken 8 ms sonra çıkış gerilimi kaç volt olur? Hesaplayınız. V Çözüm: V çkş = -R gb.c 1.( grş ) t = ( ) = - 0,5 V ğ. Op-amplı doğrultmaç devreleri I. Op-amplı hassas yarım dalga doğrultmaç devresi Sadece diyotlarla yapılan doğrultmaç devreleriyle milivolt düzeyinde DC çıkış veren 46 V grş V ref R 3 Şekil 31: Op-amplı hassas yarım dalga doğrultmaç devresi Şekil 31'de verilen devre, düşük voltajlı AC gerilimleri DC'ye çevirebilir. Bu devrenin giriş sinyali op-ampın (-) girişinden uygulandığı için faz çeviren karşılaştırıcı yükselteç gibi çalışır. Bu tür çalışmada, V grş > V ref ise V x = -V V grş < V ref ise V x = +V olur. V grş sinyalinin pozitif alternansında çıkış geriliminin polaritesi (-) olur. Yani "x" noktasının gerilimi 0'dan küçük olur. Bu durumda D 1 diyodu kesimde kalırken, D 2 diyodu iletime geçer. D 2 iletime geçince çıkıştan girişe negatif geri besleme olur. Op-ampın faz çeviren (-) girişinin potansiyeli yaklaşık 0 V olduğundan "x" noktasında -0,6 V görülür. V grş sinyalinin negatif alternansında çıkış geriliminin polaritesi (+) olur. Yani "x" noktasının gerilimi 0'dan büyük olur. Bu durumda D 1 diyodu iletime geçerken, D 2 diyodu kesime gider. D 1 iletime geçince R 2 direnci üzerinden devrenin girişine geri besleme olur. Aynı zamanda çıkıştan girişle aynı genlikte ancak ters fazlı bir DC gerilim alınır. Op-amp kullanılarak yapılan yarım dalga doğrultmaç devresiyle girişe uygulanan mikrovolt düzeyindeki AC sinyalleri bile doğrultmak mümkündür. x

47 R 4 V grş R 6 10 k V grş osilaskop kanal 1 R 1 10 k R 3 R 2 10 k V V 10 k D 1 R 5 5 k V ç1 1N4001 1N4001 D R k (2.2+1 k) +12 V V V çkş osilaskop kanal k II. Op-amplı tam dalga doğrultmaç devresi Şekil 32'de verilen devre, op-amplı yarım dalga doğrultmaç ile op-amplı faz çeviren toplayıcı yükselteç devresinin birleşiminden oluşmuştur. Giriş sinyali pozitif polariteli olduğunda birinci op-ampın çıkışı 0 V olur. İkinci op-ampın girişine R 4 üzerinden gelen pozitif polariteli sinyal yükseltilip ters çevrilerek negatif yönlü olarak çıkışa aktarılır. Giriş sinyali negatif polariteli olduğunda birinci op-ampın çıkışı pozitif maksimum olur. Birinci op-ampın çıkışından gelen pozitif polariteli sinyal ile R 4 direnci üzerinden gelen negatif polariteli sinyal ikinci op-amp tarafından toplanır. Dikkat edilirse bu anda ikinci op-ampın girişine pozitif ve negatif polariteli iki sinyal gelmektedir. Birinci op-ampın çıkışından gelen pozitif polariteli sinyal, R 4 direnci üzerinden gelen negatif polariteli sinyalden büyüktür. (R 4 direnci R 5 'ten büyük seçildiği için.) Dolayısıyla toplayıcı olarak çalışan ikinci op-ampın girişine pozitifliği fazla olan bir sinyal uygulanmış olacaktır. İşte bu sayede op-ampın çıkışından yine negatif polariteli bir sinyal alınır. h. Op-amplı aktif alt geçiren (low pass) ve üst geçiren (high pass) filtre devreleri Yalnızca direnç, kondansatör ve bobin kullanılarak yapılan filtrelere pasif filtre denir. Bu tip devreler basit yapılıdır ancak, kendilerine uygulanan sinyalleri bir miktar zayıflatırlar. Bu Şekil 32: Op-amplı tam dalga doğrultmaç devresi 47 istenmeyen bir durumdur. Not: Pasif filtreler temel elektronik bilgisi kitabında açıklanmıştır. Op-amplar kullanılarak yapılan aktif filtrelerde ise giriş sinyallerinde zayıflama değil yükselme olmaktadır. Op-amplı aktif filtrelerin iyi yönleri şunlardır: Filtrenin geçirgen olduğu frekanslarda herhangi bir zayıflama olmaz. Çünkü devredeki op-amp, giriş sinyallerini yükselterek çıkışa aktarır. Pasif süzgeçlerde ise ise süzgecin geçirgen olduğu frekanslarda az da olsa sinyal zayıflaması olmaktadır. Aktif filtrelerde bobin kullanılmadığından, üretilmeleri kolaydır. Aktif filtrelerin giriş empedansı çok yüksek, çıkış empedansı çok düşük olduğundan, girişe ve çıkışa bağlı olan devrelerin sinyallerinde bozulma olmaz. Op-amplı aktif filtrelerin olumsuz yönleri ise şunlardır: Pasif filtreler DC besleme kaynağına gerek duymaz. Aktif filtrelerde (süzgeçlerde) ise DC besleme kaynağına gerek vardır. Aktif filtrenin yapısındaki op-ampın bant genişliği sınırlı olduğundan her frekansta çalışabilen filtre yapmak zordur. I. Op-amplı alçak (low) frekansları geçiren aktif filtre devresi Şekil 33'te verilen devrede op-amp faz

48 C 2 V grş 2 V (t-t) 100 Hz 10 khz V çkş R 1 R 2 Rb 1,5 1,25 1 0,75 0,50 0,25 çevirmeyen yükselteç olarak çalışmaktadır. Bu devrenin kesim frekansı, 1 f c = 2π R R 1 2C1C2 denklemiyle hesaplanabilir. Devrede R 1 =R 2, C 1 =C 2 seçildiğinde denklem, f c = A V 1 2 R C π şeklinde yazılabilir. 1 1 Aktif filtrenin geçirgen olduğu bölgede frekans karakteristiğinin düz olabilmesi için opampın kazancı 1,58 olmalıdır. Buna göre, R b A V =1+ =1,58 R Buradan da, R R a b BG (BW) a C 1 =0,58 olmalıdır. f c Şekil 33: Op-amplı alçak frekansları geçiren filtre devresi ve devrenin kazancının giriş sinyalinin frekansı yükseldikçe azalışını gösteren eğri Op-amplı alçak frekansları geçiren devrede girişe tepeden tepeye genliği 2 V, frekansı 100 Hz olan bir AC sinyal uygulandığında çıkıştan tepeden tepeye değeri 3 V, frekansı 100 Hz olan bir sinyal alınır. Giriş sinyalinin frekansı 100, 200, 500, 1000, 1500, 2000, 5000 ve Hz yapılarak çıkış geriliminin değeri ölçüldüğünde, frekans yükseldikçe gerilim değerinin aşağıdaki çizelgede görüldüğü gibi 0,08 V, kazancın ise 0,04 seviyesine indiği görülür. R a f (khz) 0,1 0,2 0,5 1 1, Örnek: Şekil 33'teki devrede R 1 =R 2 =1 kω, C 1 =C 2 =0,1 µf, R a =10 k, R b =5,6 kω olduğuna göre, a. Devrenin kesim frekansını bulunuz. b. Devrenin hangi frekans aralığındaki sinyalleri çıkışa aktardığını yazınız. c. Devrenin karakteristiği "geçirgen olduğu frekans aralığında" düzgün müdür? Çözüm a. f c = 1 1 2π R1C = , , =1,6 khz b. Bu sonuca göre devre 0-1,6 khz arasındaki frekansa sahip giriş sinyallerini çıkışa aktarır. R b c. =0,56 0,58 olduğundan, devre Ra geçirgen olduğu bölgede düzgün bir karakteristiğe sahiptir. II. Op-amplı yüksek (high) frekansları geçiren aktif filtre devresi Şekil 34'te verilen yüksek frekansları geçiren filtre devresi, şekil 33'teki alçak frekansları geçiren filtreye çok benzer. Sadece direnç ve kondansatörler yer değiştirmiştir. Yüksek frekansları geçiren devrede giriş sinyalinin frekansı 100, 500, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000, 5000 ve Hz yapılarak çıkış geriliminin değeri ölçüldüğünde, frekans yükseldikçe gerilim değerinin aşağıdaki çizelgede görüldüğü gibi 2,9 V, kazancın ise 1,5 seviyesine çıktığı görülür.

49 V grş V grş V çkş R 2 R s1 V çkş 2 V (t-t) 100 Hz 10 khz R 1 R 3 R s2 A V 1,5 Şekil 35: Op-amplı voltaj regülatörü devresi 1 0,50 0 Örnek: Şekil 34'teki devrede R 1 =R 2 =1 kω, C 1 =C 2 =0,1 µf, R a =10 kω, R b =5,6 kω olduğuna göre, a. Devrenin kesim frekansını bulunuz. b. Devrenin hangi frekans aralığındaki sinyalleri çıkışa aktardığını belirtiniz. Çözüm a. f c = 1 = 2π R C 3 6.0, BG (BW) Şekil 34: Op-amplı yüksek frekansları geçiren filtre devresi ve devrenin kazancının giriş sinyalinin frekansı yükseldikçe artışını gösteren eğri 1 2.3, f (khz) =1,6 khz b. Bu sonuca göre devre 1,6 khz ile op-amp özelliklerinin (slew-rate parametresinin) belirlediği üst sınır arasındaki frekans bandını geçirir. ı. Op-amplı voltaj (gerilim) regülatörü devresi Şekil 35'te verilen devrede V grş gerilimi 0 V'tan itibaren artırılırsa çıkışta oluşan gerilim de artış gösterir. Çıkış gerilimi 3 V'un altındayken zener diyot yalıtımdadır. Çıkışta oluşan gerilimin değeri 3 voltu geçince zener diyot iletime geçerek üzerinde hep 3 V'luk gerilim düşümü oluşturur. İşte bu 3 V'luk zener diyot gerilimi op-ampın 3 numaralı (+) girişi için referans gerilimi (V ref ) görevini yapar. Op-ampın çıkış gerilimi, V 1 noktasının gerilimi 3 V oluncaya kadar yükselir. Yükseliş, V 1 'in gerilimi 3 V olunca durur. Çünkü, op-amp çıkışının daha fazla yükselerek V 1 geriliminin +3 V'un üzerine çıkması durumunda eksi (-) girişin gerilimi artı (+) girişin geriliminden daha pozitif olacağından kıyaslayıcı olarak çalışan op-ampın çıkışı hemen düşüşe geçer. V 1 noktasının gerilimi 3 V'un altına düşecek olursa op-amp yine kıyaslayıcı olarak çalışmaya başlar ve çıkışı hemen 3 V düzeyine yükseltir. Şekil 35'te verilen op-amplı gerilim regülatörü devresinde V çkş gerilimini R 1 ve R 2 dirençlerinin değerini değiştirerek ayarlamak mümkündür. R s1 ve R s2 dirençleri ise op-ampın girişlerini korumak için kullanılmıştır. i. Op-amplı logaritmik yükselteç devresi Şekil 36'da verilen devreye dikkat edilirse faz çeviren yükseltece benzediği görülür. Tek fark, geri besleme direnci yerine NPN tipi bir transistörün bağlanmış olmasıdır. Bu bağlantı sayesinde T 1 transistörünün B-E birleşimindeki polarma gerilimden yararlanılarak logaritma işlemi yapılmaktadır. Logaritmik yükselteçler, analog esaslı bilgisayarlarda matematiksel işlemler yapmada kullanılmaktadır. Transistörün B-E eklemindeki gerilimin denklemi, V çkş = V BE = (60 mv).log ( ) şeklinde yazılabilir. 49

50 I C I C = V grş = 3 R 1 0,56 =0,1 ma = , A V grş V çkş V çkş =(60 mv).log ( 13 ) 1.10 =(60 mv).log 10 9 log 10 9 = 9 olduğundan, V çkş = 540 mv olur. Şekil 36: Op-amplı logaritmik yükselteç devresi V Denklemde I C = R grş 1 'dir. I çkş akımı sabit olup oda sıcaklığında amper dolayındadır. Logaritmik yükselteçte, V grş gerilimindeki ve dolayısıyla I C akımındaki doğrusal değişimler, çıkışta ve B-E ekleminde logaritmik bir artışa neden olmaktadır. Yukarıda verilen denklemdeki logaritma 10 tabanlıdır. V grş geriliminde 10 katlık bir artış olduğunda kolektör akımını da 10 kat artar. Giriş 5,6 V yapıldığında ise, I C = V grş = 3 R 1 5,6 =1 ma = , A V çkş = (60 mv).log ( 13 ) 1.10 = (60 mv).log log = 10 olduğundan, V çkş = 600 mv olur. V çkş Log 10 = 1 olduğundan çıkışta da 10 kat artış olur. V grş gerilimi 100 kat artırıldığında çıkışta, 60.2 = 120 mv'luk artış gerçekleşir. Örnek: R 1 = R 2 = 5,6 k, V grş = 0,056 V olduğunda, a. V çkş gerilimini bulunuz. b. V grş 10 kat artırılarak 0,56 V, 100 kat artırılarak 5,6 V yapılırsa V çkş ne olur? Bulunuz. Çözüm a. V çkş =V BE =(60 mv).log C Şekil 37: Op-amplı kare dalga üreteci devresi j. Op-amplı kare dalga üreteci (astable multivibratör) devresi Şekil 37'de verilen devrede op-amp kıyaslayıcı (karşılaştırıcı) olarak çalışmaktadır. İlk anda (+) girişteki gerilimin daha pozitif olduğunu varsayalım. Bu durumda V çkş gerilimi pozitif maksimum değerdedir. B noktasının gerilimi, I C = V grş 0,056 = 3 R 1 5,6.10 =0,01 ma = A V çkş = (60 mv).log ( 13 ) 1.10 = (60 mv).log 10 8 log 10 8 = 8 olduğundan, V çkş = 480 mv olur. b. V grş = 0,56 V yapıldığında, 50 V V B + R çkş =. R2 kadardır. R1 2 Bu sırada C kondansatörü R gb direnci üzerinden dolmaktadır. Kondansatörün A noktasındaki gerilim B noktasının gerilimine eşit olduğunda V çkş gerilimi eksi (-) polariteli olur. Çıkışın eksi (-) polariteli olması A noktasında ve kondansatör üzerinde bulunan gerilimi de eksi (-) polariteli yapar. (Çıkış gerilimi R gb üzerinden girişe geri besleme yapmaktadır.)

51 Kondansatöre bir öncekinin tersi polaritede bir gerilimin gelmesi bu elemanı deşarj etmeye başlar. Kondansatör belli bir sürede deşarj olduktan sonra bu kez bir öncekinin tersi polaritede tekrar şarj olmaya başlar. Kondansatörün gerilimi A noktasındaki gerilime eşit olduğu anda op-amp çıkışı tekrar konum değiştirir. Devre bu şekilde çalışmasını sürdürür. Şekil 37'de verilen devrenin çıkışına led, röle, lâmba gibi alıcılar bağlanarak periyodik çalışan sistemler oluşturulabilir. k. Op-amplı gerilim kontrollü osilatör devresi Şekil 38-a-b'de verilen op-amplı gerilim kontrollü, testere dişi biçiminde sinyal üreten osilatör devresinde geri besleme elemanı olarak PUT ve kondansatör kullanılmıştır. (a) - V grş + R 1 2N6027 PUT K 100 k 1-3 V C 1-10 nf G A R 2 10 k V çkş V p 7,5 V +15 V değerine ulaştığında kondansatör üzerinde biriken elektrik yükü A-K uçları arasından geçerek boşalır ve devre resetlenir (sıfırlanır). C'nin boşalması PUT'un A ucuna gelen gerilimi düşüreceğinden bu eleman kesime gider. PUT kesime girince C tekrar dolmaya başlar. PUT'un sürekli olarak iletim ve kesim olması çıkışta testere dişine benzer bir sinyalin oluşmasını sağlar. Şekil 38-a'daki gerilim kontrollü osilatör devresinde giriş ucuna negatif gerilim uygulandığından çıkıştan pozitif polariteli testere dişine benzer bir sinyal alınır. Başka bir deyişle devre integral alıcı gibi çalışır. Not: PUT'un yapısı ve çalışma ilkesi hakkında bilgi almak için endüstriyel elektronikle ilgili kitaplara bakınız. l. Op-ampların lojik (mantık) kapı elemanı olarak kullanılması Op-amp kullanılarak VE (AND) VEYA (OR), VEDEĞİL (NAND), VEYADEĞİL (NOR) mantık (lojik) kapılarını yapmak mümkündür. Şimdi bunları inceleyelim. +V cc +V cc (b) R 1 V grş R 2-15 V 68 k 10 k 100 k 2N6027 PUT +15 V V Şekil 38: Op-amplı gerilim kontrollü osilatör devresi R 3 10 k V çkş PUT adlı elemanın A ucuna uygulanan gerilim G ucuna uygulanan gerilimden 0,6-0,7 V fazla olduğunda A'dan K'ya doğru akım geçirir. Örneğin PUT'un G ucuna 2 V uygulanmışsa, A ucuna uygulanan gerilim 2,6 V olduğunda A'dan K'ya akım geçişi olur. Gerilim kontrollü osilatör devresinin çıkış geriliminin seviyesi PUT'un iletime geçme C 1-10 nf +7,5 V R 4 10 k 51 A B 24 k 24 k 47 k LM1900 Y=A.B Şekil 39: LM1900 op-amplı VE (AND) kapı devresi ve doğruluk çizelgesi I. Op-amplı VE (AND) kapısı Şekil 39'da verilen LM1900 op-amplı VE kapı devresinde A ve B girişlerine +V CC gerilimi kadar bir voltaj uygulandığında çıkış ucundan +V CC gerilimi alınır. Şekil 40'ta verilen LM139 op-amplı VE kapı devresinde ise giriş uçlarının her ikisine +V CC değerinde gerilim uygulandığında çıkış +V CC düzeyinde olur. II. Op-amplı VEYA (OR) kapısı Şekil 41'de verilen LM1900 op-amplı VEYA kapı devresinde A ve B girişlerinden herhangi birisine +V CC düzeyinde bir gerilim uygu-

52 1 k +V cc 39 k +V cc 3 k +V cc 75 k +V cc A B 100 k 100 k 1 k LM139 Y=A.B Şekil 40: LM139 op-amplı VE (AND) kapı devresi ve doğruluk çizelgesi A B 24 k 24 k 47 k Şekil 43: LM1900 op-amplı VEDEĞİL (NAND) kapı devresi ve doğruluk çizelgesi +V cc LM1900 Y=A.B +V cc 150 k +V cc A B A B 150 k 75 k 75 k +V cc LM1900 Y=A+B Şekil 41: LM1900 op-amplı VEYA (OR) kapı devresi ve doğruluk çizelgesi 1 k 100 k 100 k 1 k +V cc 200 k LM139 +V cc Şekil 42: LM139 op-amplı VEYA (OR) kapı devresi ve doğruluk çizelgesi landığında çıkış +V CC seviyesinde olur. Şekil 42'de verilen LM139 op-amplı VEYA kapı devresinde ise A ve B girişleri 0 voltken faz çeviren giriş ucunun gerilimi yüksek olur ve çıkıştan 0 V alınır. Giriş uçlarının herhangi birisine +V CC değerinde gerilim uygulandığında faz çevirmeyen giriş ucunun gerilimi faz çeviren girişin geriliminden yüksek olacağından çıkış +V CC düzeyinde olur. III. Op-amplı VEDEĞİL (NAND) kapısı Şekil 43'te verilen LM1900 op-amplı VE- DEĞİL kapı devresinde A ve B girişlerinin her ikisine de +V CC düzeyinde bir gerilim uygulandığında çıkıştan 0 voltluk bir gerilim alınır. 3 k Y=A+B A B 75 k 75 k LM1900 Y=A+B Şekil 44: LM1900 op-amplı VEYADEĞİL (NAND) kapı devresi ve doğruluk çizelgesi IV. Op-amplı VEYADEĞİL (NOR) kapısı Şekil 44'te verilen LM1900 op-amplı VEYADEĞİL kapı devresinde sabit gerilim faz çevirmeyen girişe uygulanmıştır. Devrede tersleyen girişteki direnç değerleri, terslemeyen girişteki direncin yarısı kadar seçilmiştir. Devrenin A ve B girişlerine 0 voltluk bir gerilim uygulandığında çıkıştan +V CC değerinde bir gerilim alınır. Girişlerin herhangi birisine ya da ikisine birden +V CC değerinde bir gerilim uygulandığında ise faz çeviren girişin gerilimi faz çevirmeyen girişin geriliminden büyük olacağından çıkıştan 0 voltluk gerilim alınır. V grş V -12 V V çkş V grş V çkş Şekil 45: Op-amplı sıfır seviye dedektörü devresi ve devrenin giriş-çıkış sinyalleri t (s) m. Op-amplı sıfır seviye dedektörü devresi Şekil 45'te verilen devrede faz çeviren (-) giriş şaseye bağlanmış ve sinüsoidal biçimli giriş sinyali faz çevirmeyen (+) girişe uygulanmıştır. Bu devre op-amplı karşılaştırıcı devreye çok t (s)

53 benzer. Devrede geri besleme direnci kullanılmadığı için girişlerdeki en ufak gerilim farkı çıkışın değerinin maksimum olmasını sağlar. Girişe uygulanan sinüsoidal biçimli sinyalin polaritesi pozitif olur olmaz çıkış gerilimi pozitif maksimum olur. Giriş sinyalinin polaritesi negatif olur olmaz ise çıkış gerilimi negatif maksimum olur. Sonuç olarak şekil 45'te verilen devre sinüsoidal ya da üçgen biçimli bir sinyalin kare dalgaya dönüştürülmesinde kullanılabilir. V ref +V R 1 +V R 2 -V V grş V çkş V ref V grş Şekil 46: Op-amplı referans gerilimli karşılaştırma dedektörü devresi ve giriş çıkış sinyalleri n. Referans gerilimli karşılaştırma dedektörü devresi Şekil 46'da verilen devrede faz çeviren (-) giriş iki adet gerilim bölücü direnç üzerinden devreye bağlanarak bu girişe belli bir referans gerilimi uygulanmıştır. Giriş gerilimi V ref değerinden küçükken çıkış gerilimi negatif maksimum seviyede olur. Giriş geriliminin değeri V ref değerini aştığında çıkış gerilimi pozitif maksimum değere yükselir. o. Op-amplı schmitt tetikleme devresi Şekil 47'de verilen devre karşılaştırıcı olarak çalışmaktadır. Pozitif geri besleme ile iki adet "eşik noktası" imkânı sağlanır. Op-ampın 20 voltla beslendiğini varsayalım. Çıkış gerilimi 18 volta kayabilir. R 1 ve R 2 dirençleri çıkış gerilimini böler ve terslemeyen girişe uygular. Çıkış pozitif maksimum değerdeyken, gerilim bölücü dirençler üst eşik noktasını (ÜEN, UTP) belirler. Giriş gerilimi bu değerin altında olduğu sürece çıkış gerilimi değişmez. Giriş gerilimi eşik değerini aşınca çıkış durum değiştirir ve pozitife gider. Çıkış negatif maksimuma değerdeyken, gerilim bölücü dirençler alt eşik noktasını (AEN, LTP) belirler. Giriş gerilimi negatif yönde bu değerin altında olduğu sürece çıkış gerilimi değişmez. Giriş gerilimi eşik değerini + + V çkş - - t (s) t (s) 53 V grş + Şekil 47: Op-amplı schmitt tetikleyici ve devrenin giriş-çıkış sinyalleri aşınca çıkış durum değiştirir ve pozitife gider. V UTP =V maks V LTP =-V maks V grş V çkş - R 1 10 k R1 R 1 R + gb R 1 R 1 R + + gb 741 R = ,2 k V çkş =3,25 V =-18 =-3,25 V + Şekil 48: Schmitt tetikleme ve devrenin giriş-çıkış sinyalleri Şekil 48'de giriş sinyalinin alt ve üst eşik seviyesini aştığı durumlar görülmektedir. Giriş gerilimi pozitif olduğunda +3,25 voltluk eşik noktasını geçer. Faz çeviren giriş daha pozitif olduğundan çıkış hızla -18 volta gider. Giriş gerilimi negatif eşik gerilimini geçince tersleyen giriş daha negatif olduğundan schmitt tetikleyici çıkışı +18 V'a gider. İki eşik arasındaki fark histerisiz olarak adlandırılır t (s) +18 V t (s) -18 V + +3,25 V -3,25 V C. Op-amplı enstrümantasyon (yardımcı) yükselteç devreleri 1. Tanımı, yapısı ve çalışma ilkesi Yüksek performanslı gerilim yükselteçlerine enstrümantasyon yükselteci denir. Bu devreler aynı zamanda yüksek giriş ve düşük çıkış empedanslı olan fark yükselteçleridir.

54 2. Op-amplı enstrümantasyon yükselteçlerinin kullanım alanları a. Op-amplı yüksek giriş empedanslı enstrümantasyon yükselteci Şekil 49'da verilen yüksek giriş empedanslı enstrümantasyon yükselteci devresinin çıkış ucundan alınan gerilimin denklemi, V çkş = 101.(V grş2 -V grş1 ) şeklinde yazılabilir. R 1 R 2 R 3 R k 1 k 1 k 100 k c. Op-amplı yüksek ortak mod tepki oranlı enstrümantasyon yükselteci Şekil 51'de ortak mod tepki oranlı (CMRR) enstrümantasyon yükselteci örneği verilmiştir. V grş1 R R 6 1 R 2 45 k 100 k 10 k R 3 10 k R 5 R 4 10 k R k V çkş V grş2 45 k V çkş V grş1 V grş2 Şekil 51: Yüksek ortak mod tepki oranlı enstrümantasyon yükselteci devresi Şekil 49: Yüksek giriş empedanslı enstrümantasyon yükselteci devresi Örnek: Şekil 49'da verilen devrede V grş1 = 4 mv, V grş2 = 8 mv olarak uygulanmıştır. Buna göre çıkış geriliminin değerini bulunuz. Çözüm V çkş = 101.(V grş2 -V grş1 ) = 101.(8-4) = 404 mv b. Op-amplı yüksek giriş voltajlı enstrümantasyon yükselteci Şekil 50'de verilen yüksek giriş voltajlı enstrümantasyon yükselteci devresinin çıkış ucundan alınan gerilimin denklemi, V çkş = V grş1 -V grş2 şeklinde yazılabilir. R 3 R 4 R 6 Ortak mod tepki oranı (CMRR), bir op-ampın her iki giriş ucuna da aynı özellikte sinyal uygulandığında bunları reddetme özelliğidir. Bu değer, faz çeviren ve faz çevirmeyen girişe aynı anda uygulanan bir sinyalin, çıkış sinyaline oranına eşittir. CMRR'nin birimi db (desibell)'dir. Ortak mod tepki oranlı enstrümantasyon yükselteçlerinde parazitik ve gürültülü sinyalleri atma oranı da büyüktür. Şekil 51'deki devrede V grş1 ve V grş2 girişleri opampların faz çevirmeyen girişlerine uygulanmıştır. R 3 direncinin değeri değiştirilerek devrenin kazancını ayarlamak mümkündür. İlk iki op-amp çıkışından alınan sinyaller fark yükselteci olarak çalışan op-ampa uygulanmıştır. Devrenin çıkış geriliminin değeri, V çkş =100.(V grş2 -V grş1 ) denklemiyle bulunabilir. R 1 50 k 5 k 5 k R 5 50 k 50 k V çkş Örnek: Şekil 51'de verilen devrede V grş1 = 4 mv, V grş2 = 5 mv olarak uygulanmıştır. Buna göre çıkış geriliminin değerini bulunuz. V grş1 R 2 5 k V grş2 R 7 5 k Şekil 50: Yüksek giriş voltajlı enstrümantasyon yükselteci devresi Örnek: Şekil 50'de verilen devrede V grş1 = 12 mv, V grş2 = 3 mv olarak uygulanmıştır. Buna göre çıkış geriliminin değerini bulunuz. Çözüm V çkş = V grş1 -V grş2 = 12-3 = 9 mv Çözüm V çkş = 100.(V grş2 -V grş1 ) = 100.(5-4) = 100 mv 54

55 Sorular 1. Fark yükselteci nedir? Tanımlayınız. 2. Fark yükselteçlerindeki R E direncinin görevi nedir? Yazınız. 3. Tek girişli fark yükseltecinin blok şemasını çiziniz. 4. Transistörlü tek girişli fark yükseltecinin devre şemasını çiziniz. Birinci girişe sinüsoidal özellikli AC sinyal uygulandığında çıkış sinyallerinin nasıl olduğunu gösteriniz. 5. Transistörlü tek girişli fark yükseltecinin çalışma ilkesini yazınız. 6. İki girişli fark yükseltecinin iki girişine de aynı fazlı sinyal uygulanması durumunda çıkışlarda neden 0 V görüldüğünü açıklayınız. 7. Op-amplarda kazanç nedir? Yazınız. 8. Geri besleme direnci yokken op-amp kazancı ne olur? Açıklayınız. 9. Op-amplarda off-set gerilimi nedir? Yazınız. Bazı op-amplar (işlemsel yükselteçler)'ın özellikleri 10. Op-amplarda bant genişliği (BG, BW) nedir? Açıklayınız. 11. Op-amplarda giriş ve çıkış empedansı nedir? Açıklayınız. 12. Op-amplı faz çeviren yükselteç devresini çiziniz. 13. Op-amplı faz çeviren yükselteç devresinde V grş =0,2 V, R 1 = 22 k, R gb =220 k olduğuna göre devrenin kazancını (A V ) ve çıkış gerilimini (V çkş ) bulunuz. 14. Op-amplı faz çevirmeyen yükselteç devresini çiziniz. 15. Op-amplı faz çeviren toplayıcı yükselteç devresini çiziniz. Devrenin görevinin ne olduğunu yazınız. 16. Op-amplı karşılaştırıcı (comparator) devresini çiziniz. Devrenin görevinin ne olduğunu yazınız. 17. Op-amplı hassas yarım dalga doğrultmaç devresini çiziniz. Devrenin görevinin ne olduğunu yazınız. 18. Pasif ve aktif filtre kavramlarını açıklayınız. kılıf A kılıf B üst üst kılıf C kılıf D üst üst kılıf E kılıf F üst üst kılıf G kılıf H üst üst kılıf I kılıf J kılıf K kılıf L kılıf M kılıf N üst üst üst üst üst üst 55

56 Bölüm 3: Fotoelektronik eleman uygulamaları (Işığa duyarlı elemanlar ve devreler) A. Işık kontrollü röle devreleri 1. Fotoelektrik (ışığa duyarlı) elemanlar: İnsan gözü, dalga boyu 380 nanometreden 780 nanometreye kadar olan elektromanyetik dalgaları ışık olarak algılar. Gözün en yüksek duyarlılığı yeşil ile sarı renkleri arasındadır. Ultraviyole (mor ötesi), ve enfraruj (kızıl ötesi) ışınlar ise insan gözü tarafından algılanamaz. kozmik ışınlar gamma ışınları röntgen ışınları ultraviyole ışınlar ışık enfraruj ışınlar radyo dalgaları alternatif akım Aydınlatma şiddeti kavramı: Işık akısının, dikey olarak aydınlanan yüzeye oranına aydınlatma şiddeti denir. Aydınlatma şiddetinin birimi lux'tür. (Lux: ışık, parlaklık) Işığa duyarlı eleman çeşitleri a. LDR'ler (fotodirenç, light dependent resistance): Işıkta az direnç, karanlıkta yüksek direnç gösteren devre elemanlarına LDR denir. Başka bir deyişle aydınlıkta LDR'lerin üzerinden geçen akım artar, karanlıkta ise azalır. LDR lerin karanlıktaki dirençleri yaklaşık 1 MΩ aydınlıktaki dirençleri ise 100 Ω ile 5 kω düzeyindedir. Şekil 3.3'te LDR'lerin direncinin ışığa göre değişimine ilişkin eğri verilmiştir. Şekil 3.1: Elektromanyetik ışınlar ve dalga boyları Şekil 3.2: LDR sembolleri LDR'ler, CdS (kadmiyum sülfür), CdSe (kadmiyum selinür), selenyum, germanyum ve silisyum vb. gibi ışığa karşı çok duyarlı maddelerden üretilmektedir. LDR yapımında kullanılan madde, algılayıcının hassasiyetini ve algılama süresini belirlemekte, oluşturulan yarı iletken tabakanın şekli de algılayıcının duyarlılığını etkilemektedir. LDR'ye gelen ışığın odaklaşmasını sağlamak için üst kısım cam ya da şeffaf plastikle kaplanmaktadır. LDR'ler çeşitli boyutlarda üretilmekte olup, gövde boyutları büyüdükçe güç değeri yükselmekte ve geçirebilecekleri akım da artmaktadır. Uygulamada yaygın olarak kullanılan bazı LDR tipleri: LDR03, LDR05, LDR07, OPR60... LDR'ler, endüstriyel kumanda sistemlerinde, otomatik gece lambalarında, dijital sayıcılarda, brülörlerde, kanın renk yoğunluğunu belirleyen tıbbî cihazlarda, flaşlı fotoğraf makinelerinde, hareket dedektörlerinde, zil butonlarında vb. kullanılırlar. b. Fotodiyotlar (photodiode, ışığa duyarlı diyot): Üzerine ışık düştüğünde iletken olarak katot ucundan anot ucuna doğru akım geçiren elemanlardır. Fotodiyotlar doğrultmaç diyotlarına benzerler. Tek fark şekil 3.4'te görüldüğü gibi fotodiyotların 56 1 MΩ 10 kω 100 Ω R (Ω) ışık şiddeti Şekil 3.3: LDR'lerin direncinin ışığın şiddetine göre değişim eğrisi Resim 3.1: LDR örnekleri lux

57 ışık R I ters (µa-ma) mercek 10 kω gövde K P-N eklemi - V = 12 V A ışık şiddeti lüks (lux) Şekil 3.4: Fotodiyodun yapısı Şekil 3.5: Işığa bağlı olarak fotodiyodun üzerinden geçen akımın eğrisi birleşim yüzeyinin aydınlatılmış (ışık alabiliyor) olmasıdır. Bu elemanlar devreye ters bağlanırlar ve ışık ile ters yöndeki sızıntı akımlarının artması suretiyle kontrol yaparlar. Bu kontrol, ışıkla yarı iletkenin kristal yapısındaki bağların bazı noktalarda kopması sonucu elektron ve oyukların hareketiyle doğan akımın çoğalmasıyla olur. Şekil 3.5'te ışığa bağlı olarak fotodiyotlardan ters yönde geçen akımın değişim eğrisi verilmiştir. Fotodiyotlarda mercekli kısma gelen ışığa göre katotdan anota doğru akan düşük değerli akım değişir. Geçen akım, ışığın şiddetine bağlı olarak 100 µa-150 ma, gerilim ise 0,14-0,15 V arasında değişmekte olup çok küçüktür. Fotodiyotların çalışma hızı son derece yüksektir (yaklaşık 1 ns ile 0,2 µs). Bu hızlı davranışları ve boyutlarının küçük olması sayesinde fiber optik kabloyla veri iletiminde kullanılmaktadırlar. Bu elemanlar, hem bir gerilim üreteci hem de ışık algılayıcı olarak kullanılabilir. Fotodiyotlar enfraruj ışınlara karşı da duyarlıdır. Bunu sağlamak için, diyodun gövdesindeki alıcı kısmın merceği renkli cam ya da plastikten yapılarak normal ışınların etkide bulunması önlenir. Yaygın olarak kullanılan fotodiyot tipleri: BPW12, BPW20, BPW30, BPW33, BPW34, BPW63, BPW65. K K BPW34 BP104 BPX633 BPW43 A A Şekil 3.6: Fotodiyot sembolleri Resim 3.2: Çeşitli fotodiyotlar c. Fotopiller (solar cell, fotosel, güneş pili, photo voltaic cell): Güneş enerjisini (gün ışığını) elektrik enerjisine dönüştüren elemanlara fotopil denir. Fotopillerin yapısı ve çalışması şöyledir: Foton absorblanmasıyla (emilmesiyle) oluşan yük taşıyıcılar çoğunlukta oldukları bölgelere sürüklenirler. Birleşim yüzeyinden I akımı geçer ve N tipi madde eksi (-), P tipi madde ise artı (+) yüklenmiş olur. I akımı, birleşim yüzeyinin ileri yönde kutuplaşmasına ve birleşimin gerilim settinin alçalmasına neden olur. Dış devre açık ise (alıcı yoksa) P den N ye akım geçer ve birleşim yüzeyindeki gerilim setti tekrar yükselir ve P bölgesi eksi (-), N bölgesi artı (+) yüklenir. Sonra tekrar foton absorblanarak olay devam eder. Dış devreden akım çekilirse P-N birleşim yüzeyindeki potansiyel, elektronları daha yüksek potansiyele çıkaran batarya (pil) rolü oynamaktadır. Enerjisi yeterli bir ışık demeti P-N birleşim yüzeyine düşürülecek olursa, foton, elektronlarla karşılaşıp enerji verebilir. Serbest hâldeki elektronlar valans elektronlarının ancak 1/10 4 'ü kadar 57

58 olduğundan, bu ihtimal zayıftır. Foton, muhtemel (olası) valans elektronu ile karşılaşır ve ona enerjisini bırakarak iletkenlik bandına çıkarır. Valans bandına çıkan elektron arkasında bir boşluk (artı yük) bırakır. Sonuç olarak P tipi bölge artı (+), N tipi bölge eksi (-) yüklenerek bir elektriksel potansiyel farkının oluşmasına yol açar. Bu da elektrik akımını doğurur. Foton akısı, birim yüzeyden, birim zamanda geçen foton sayısı olarak tanımlanır. Işık ışınları (fotonlar) fotopil üzerine düştüğünde küçük yarı iletken temelli hücrelerde yaklaşık 0,4-0,5 V ve miliamperlik akımın oluşmasını sağlarlar. Güneş pilleriyle 3 V gerilim elde etmek isteniyorsa 6 tanesi birbirine seri olarak bağlanır. Sistemden alınan akım yükseltilmek istendiğinde ise, elemanlar paralel bağlanır. Yüksek gerilim ve akım elde etmek için yapılmış güneş enerjisi panellerinde yüzlerce güneş pili seri-paralel bağlı durumdadır. Güneş pili üzerine düşen ışığın şiddeti bir noktadan sonra artırılsa da (örneğin 4000 lux ten sonra) alınan gerilim sabit kalmaktadır. Bu elemanlar, güneş ışığıyla çalışan, saat, radyo, TV, hesap makinesi, otomobil, sokak lambası, uydu vericisi, uçak vb. gibi aygıtlarda kullanılmaktadır. + - Resim 3.3: Fotopiller ve fotopil paneli ışık + - Şekil 3.7: Fotopil sembolleri şeffaf yalıtkan yüzey ince metal ızgara kadmiyum (fosfor karışımlı) selenyum (bor karşımlı) gövde Şekil 3.8: Fotopilin yapısı d. Fototransistörler: Beyz ucuna ışık düştüğünde C-E arasından akım geçişini sağlayan elemanlardır. Fotodiyotlardan farklı olarak ışıkla üretilen akımı yükseltme yaparlar. Bu özellikleri sayesinde fotodiyotlardan çok üstündürler. Üç yarı iletkenin birleşiminden oluşan fototransistörlerin C-B uçları arasına bağlanmış olan fotodiyoda (şekil 3.10) ışık enerjisi (foton) gelebilmesi için beyz ucunun bulunduğu kısma mercek şeklinde cam yerleştirilmiştir. Mercek, ışığın içeriye odaklanarak girmesini sağlamaktadır. Fototransistörler iki ya da üç bacaklı olarak üretilir. Üç bacaklı olan modellerde mercek Resim 3.4: Güneş pili paneliyle çalışan televizyon Şekil 3.9: Fototransistör sembolleri fotodiyot Şekil 3.10: Fototransistörün yapısı boyanacak olursa eleman normal transistör hâline geçer. Mercek boyanmaz ve beyz ucu da devreye bağlanacak olursa beyze iki etki söz konusu olacağından C-E arasından geçen akımın miktarındaki değişme daha fazla olur. İki bacaklı fototransistörlerde (kullanım kolaylığı bakımından) beyz ucu dışarıya çıkarılmaz. Bu elemanlar, TV, video, müzik seti, klima gibi cihazların uzaktan kumanda devrelerinde, gün 58 ışık

59 ışığına duyarlı olarak çeşitli aygıtların ve alarm sistemlerinin çalıştırılmasında vb. kullanılmaktadır. Fotodiyotların üzerinden geçirebildiği akım mikroamper (µa) düzeyindedir. Fototransistörler ise miliamper düzeyinde bir akım geçişini mümkün kılarlar. Akımın büyük olması başka bir devreyi çalıştırmada (sürmede) kolaylık sağlar. Bazı fototransistörler: BP103B, BPW40, SFH309, BPY62-2, BPX99... BP103B tipi fototransistörün karakteristik özellikleri: Kolektör-emiter gerilimi (V CE ): 35 V, Kolektör akımı (I C ): 100 ma, Kolektör-emiter sızıntı akımı (I CEO ): 5 na. e. Darlington fototransistörler: Bir fototransistör ile normal transistörün arka arkaya bağlanmasıyla elde edilen devre elemanlarına darlington fototransistör denir. Bu elemanların ışığa karşı duyarlılıkları normal fototransistörlere oranla çok fazladır. Şekil 3.11'de darlington fototransistör sembolü verilmiştir. f. Işık kontrollü röle devreleriyle ilgili örnekler I. Fotodiyotlu basit devre: Şekil 3.12'de verilen devrede fotodiyoda ışık geldiğinde üzerinden geçirdiği akım artar. Bundan dolayı transistörün beyzine giden akım azalır ve bu eleman kesime gider. Transistörün kesime gitmesiyle V çıkış gerilimi maksimum olur. Ortam karardığında ise fotodiyot kesime, transistör iletime Resim 3.5: Fototransistör örnekleri Şekil 3.11: Darlington fototransistör sembolü 22 kω fotodiyot BC V 1k V çıkış Şekil 3.12: Fotodiyotlu ışığa duyarlı devre fototransistör V çıkış geçeceğinden V çıkış gerilimi en düşük (minimum) değere iner. Çıkışa bir led ya da röle bağlanacak olursa karanlıkta çalışan devre elde edilir. II. Fototransistörlü basit ışığa duyarlı devre: Şekil 3.13'te verilen devrede ortam aydınlıkken fototransistör iletimde olduğundan V çıkış gerilimi çok küçüktür Ortam karardığında fototransistör kesime gider ve V çıkış gerilimi maksimum değere yükselir. Çıkışa (A-B arasına) bir led bağlanacak olursa ışıkta çalışan devre elde edilir. B. Op-amplı ışık kontrol devreleri a. Op-amplı ışığa ve ısıya duyarlı devre: Şekil 3.14'te verilen op-amplı devre ile bir çok tasarım yapılabilir. I. A-B arasına direnç, C-D arasına NTC bağlanırsa: Ortam sıcaklığı artınca NTC'nin direnci azalır ve üzerinde düşen gerilim küçülür. Op-amp 2 ve 3 numaralı girişlerindeki gerilimleri kıyaslar. 3 numaralı giriş gerilimi 2'de bulunan gerilimden büyük olduğu anda 6 nolu ayak çıkış akımını transistöre verir. Transistör iletime geçerek alıcıyı çalıştırır. Ortam sıcaklığı azalınca NTC'nin direnci artar ve bu elemanın üzerinde düşen gerilim büyür. Op-ampın 2 numaralı ayağına gelen gerilim 3 numaralı ayaktaki gerilimden büyük olduğu anda çıkış akımı sıfır (0) olur ve transistör kesime gider. II. A-B arasına direnç, C-D arasına LDR bağlanırsa: Ortam aydınlığı artınca LDR'nin direnci azalır ve üzerinde düşen gerilim küçülür. Op-amp 2 ve 3 numaralı girişlerindeki gerilimleri 59 1k V A B - Şekil 3.13: Fototransistörlü basit ışığa duyarlı devre

60 + 12 V A V 33 k 330Ω-820 Ω LDR LDR 10 k 10 k B C -T 10 k 10 k 10 k L BC k 1-10 k NTC D Şekil 3.14: Op-amplı ışığa ve ısıya duyarlı devre kıyaslar. 3 numaralı giriş gerilimi 2'de bulunan gerilimden büyük olduğu anda 6 nolu ayak çıkış akımını transistöre verir. Transistör iletime geçerek alıcıyı çalıştırır. Ortam aydınlığı azalınca LDR'nin direnci artar ve bu elemanın üzerinde düşen gerilim büyür. Op-ampın 2 numaralı ayağına gelen gerilim 3 numaralı ayaktaki gerilimden büyük olduğu anda çıkış akımı sıfır olur ve transistör kesime gider. Devrede LDR ile direnç yer değiştirirse alıcı karanlıkta çalışır. Not: Şekil 3.14'teki devrede C-D arasına kondansatör A-B arasına direnç bağlanırsa turn-on tipi (gecikmeli çalışan) zaman rölesi devresi elde edilir. C. Işıkla uzaktan kumanda devreleri I. Op-amplı uzaktan kumanda devresi: Şekil 3.15'te verilen devrede LDR'ye ışık geldiğinde geçen akım pot ve direnç üzerinde düşen gerilimi artırır. 10 k Op-ampın 3 numaralı 2 + (+) girişinin gerilimi 2 - numaralı (-) girişin + ışık 100 k 3-10 k geriliminden büyük 10 k olduğunda 741 çıkış 1-10 k yük vererek röleyi 1 k çalıştırır. LDR'ye gelen ışık kesildiğinde röle ilk konumuna Şekil 3.15: Op-amplı uzaktan kumanda devresi döner. Ç. Fotodirenç (LDR)'li devreler I. Kaskad bağlantılı karanlıkta çalışan devre: Şekil 3.16'da verilen devrede LDR'ye ışık gelince direnci azalır ve üzerinden geçirdiği akım artar. LDR'den geçen akımın pot üzerinde oluşturduğu gerilim T 1 transistörünü iletime sokar. T 1 iletime geçince A noktasındaki gerilim azalır ve T 2 kesime gider. Ortam karardığında LDR akım geçirmez. T 1 kesime gider. A noktasının gerilimi yükselir. T 2 iletime geçer ve led yanar. Not: Led yerine röle bağlanacağı zaman 1 kω'luk R 3 direnci iptal edilir. 60 BC547 AC 220 V

61 II. Darlington bağlantılı karanlıkta çalışan devre: Şekil 3.17'de verilen devrede ortam karardığında LDR'nin direnci artar. Direncin artması bu eleman üzerinde oluşan gerilimin yükselmesine neden olur. LDR'de düşen gerilimin yükselmesi T 1 ve T 2 transistörlerini iletime sokar. İletime geçen R 1 P 100 k 10 k R 2 A BC547 T 1 10 k transistörler röleyi çalıştırır. Ortam aydınlandığında LDR'nin direnci düşer. Üzerinde oluşan gerilim azalır. Transistörler kesime gider. Pot ile devrenin ışığa duyarlılık derecesi değiştirilebilir. D. Elektronik devir sayıcılar 1. Devir sayısı (hız) ölçme: Sürekli olarak dönüş yapan düzeneklerin devir sayısını ölçmek için optik, manyetik vb. gibi yöntemlere göre çalışan devreler geliştirilmiştir. R 3 BC V 100 k 1 k led T 2 Şekil 3.16: Kaskad bağlantılı karanlıkta çalışan devre - R 33 k P T 1 röle T2 2x BC V 1N4001 Şekil 3.17: Darlington bağlantılı karanlıkta çalışan devre nüve doğal mıknatıs gövde doğal mıknatıstan yapılmış dişli çark bobin sinyal kabloları Şekil 3.18: Manyetik pick-up adlı bobinli sensörle devir sayısı ölçme I. Manyetik pick-up adlı bobinli sensörle devir sayısı ölçme: Doğal mıknatıstan yapılmış olan sabit nüve üzerine bir bobin sarılmasıyla elde edilmiş sensör ile hız ölçülebilmektedir. Sensör, dönüş hızı ölçülecek motorun miline bağlı ve dişleri doğal mıknatıstan yapılmış çark önünde şekil 3.18'de görüldüğü gibi döndürülürse, her diş pick-up önünden geçerken manyetik alan yoluyla bobini etkiler. Manyetik alana maruz kalan mini bobinde küçük değerli bir gerilim oluşur. Bobinden elde edilen gerilim analog ya da dijital yapılı devreler tarafından değerlendirilerek devir sayısı ölçümü yapılabilir. II. Op-amplı devir sayısı ölçme devresi: Şekil 3.19'da görülen devrede fototransistöre gelen ışık, bu elemanı iletim kesim yaparak 10 kω'luk R 1 direncinde bir gerilim oluşmasına neden olur. R 1 üzerinde oluşan gerilim kıyaslayıcı olarak çalışan op-amp tarafından karşılaştırılır. Op-ampın çıkışındaki gerilim zener diyot tarafından 5,1 V'ta sabit tutulur. Pervanenin dönüş sayısı arttıkça op-ampın çıkışında oluşan kare dalganın frekansı da artar. Op-ampın çıkışına analog özellikli DC voltmetre bağlanacak olursa pervanenin devir sayısı arttıkça aletin ibresinin daha 61

62 + 5-9 V 10 k ışık kaynağı fototransistör k çıkış R 1 10 k pervane 10 k Şekil 3.19: Op-amplı devir sayısı ölçme devresi zener diyot çok saptığı görülür. Ancak uygulamada çıkışa voltmetre değil, frekansı voltaja çeviren entegre bağlanarak devir sayısını belirleme yöntemi uygulanır. Bu kitap endüstriyel elektronik sistemleri anlatmak için hazırlandığından dijital elektronik konularını içermemektedir. O nedenle şekil 3.19'daki devreye frekans-gerilim çevirici eklenmemiştir. 5,1 V Şekil 3.20: Hall alan sondasıyla devir ölçmenin blok şeması III. Hall alan sondasıyla rüzgârın şiddetini ölçme: Şekil 3.20'de verilen blok şemada pervane rüzgârın etkisiyle dönmeye başlar. Pervanenin miline bağlı mıknatıs hall alan sondasını (manyetik sensör) etkileyerek bu elemanın uçlarında gerilim doğmasına neden olur. Hall alan sondasının verdiği gerilim dijital devreler tarafından değerlendirilerek display'lerin çalışması sağlanır. E. Enfraruj led ve fototransistörlerle bilgi taşıma I. Astable multivibratörlü basit enfraruj verici: Şekil 3.21'de verilen devrede transistörler sırayla iletim kesim olarak A noktasında kare şeklinde bir sinyal oluşturur. A noktasında oluşan sinyal sayesinde enfraruj diyot belli frekansta bir ışın yayar. Enfraruj ledin yaydığı ışının frekans değeri P ile değiştirilebilir. II. Fototransistörlü ışığa duyarlı devre: Şekil 3.22'de verilen devrede fototransistöre ışık geldiğinde V 220 Ω 220 Ω Şekil 3.21: Astable multivibratörlü basit enfraruj verici devresi

63 bu eleman iletime geçerek BC547 transistörünü iletime sokar. BC547 iletim V olunca röle çeker ve lamba yanar. Fototransistöre gelen ışık kesildiğinde röle ilk hâline geri döner. R 1 trimpotuyla devrenin çalışması istenen aydınlık şiddetinin değeri ayarlanabilir. Görüldüğü üzere verilen devre gün ışığına duyarlı olarak çalışmaktadır. Bu devrenin sadece enfraruj ışınlara karşı duyarlı olmasını istersek fototransistörün mercek kısmını koyu renk şeffaf plastik Şekil 3.22: Fototransistörlü basit ışığa duyarlı devre ile kapatmamız gerekir. Bunu yaptığımız zaman fototransistör sadece enfraruj diyotlu vericiler tarafından yayılan ışınları algılar. Örneğin bir odaya alarm kurmak için ne yapmamız gerektiğini düşünelim. Bu işlem yapılırken odanın bir tarafına mini bir enfraruj diyotlu verici devresi monte edilir. Bu vericinin tam karşısındaki duvara ise şekil 3.22'deki devre yerleştirilir. İki devre arasına bir cisim girdiği anda fototransistöre gelen enfraruj ışınlar kesilir. Bu ise, fototransistörün BC547 transistörünü kesime sokmasına yol açar. Kesime giden BC547 rölenin kontaklarının konumunu değiştirir ve yanmakta olan lamba söner. F. Flaşörler I. PNP ve NPN transistörlü flaşör: Şekil 3.23'te verilen devreye DC 12 V uygulanınca kondansatör lamba, P 1, R 1, P 2 yolu üzerinden dolmaya başlar. C dolunca PNP tipi T 1 transistörünü sürer. PNP iletime geçince NPN tetiklenir ve lamba yanar. T 2 iletime geçtiği anda devredeki kondansatörün (+) yük ile dolu sağ plakası eksiye (şaseye) bağlanmış olacağından, bu eleman boşalmaya başlar. Kısa bir süre içinde boşalan C, T 1 transistörünün kesime gitmesine neden olur. T 1 kesime girince T 2 'de kesime girer. T 2 'nin kesime girmesiyle kondansatör yeniden şarj olmaya başlar. Şekil 3.23: PNP ve NPN transistörlü flâşör devresi G. Işık modülatörleri Müzik ya da ses yayınının şiddetine göre lambaları yakmak için geliştirilmiş devrelerdir. Örnek olarak şekil 3.24'te verilen devrede üç tristörün G ucuna bağlanan direnç ve kondansatörlerin değerleri farklıdır. Bu sayede herbir tristör ayrı değerde iletime geçmektedir. Devrede 400 Hz in altındaki bas frekanslı sinyallerin akımı SCR 1 'i, 400 Hz-2 khz arasındaki medyum frekanslı sinyallerin akımı SCR 2 'yi, 2 khz'in üzerindeki tiz frekanslı sinyallerin akımı ise SCR 3 'ü sürer. Anfiden gelen ses frekansli sinyallerin değerine göre tristörler iletime geçer. Bu sayede müziğin ritmine uygun olarak lambalar yanıp söner ve güzel bir görünüm elde edilir. Devredeki trafo, eski tip lambalı radyoların çıkış trafosudur. Trafonun 4 Ω'luk uçları anfinin çıkışına, 5 kω'luk sekonder uçları ise elektronik devreye bağlanır. Günümüzde bu devrenin daha iyi çalışan optokuplörlü modelleri geliştirilmiştir. Ğ. Işıldaklar Polis ve itfaiye araçlarında dönerek ışık saçan lambalar bulunur. Bunların yapısında reflektörlü (yansıtıcılı) lamba ve mini DC motor vardır kω R 1 T 1 P kω BC308 C µf kω P 1 BC V L T 2 -

64 anfiden gelen uçlar bas medyum tiz kırmızı sarı yeşil MCR100 MCR100 MCR Ω 150 Ω 1k5 1,5 k 220/12 V-3-4 W trafo 1 µf 10 kω 0,1 µf 10 kω 10 kω 1 µf hoparlör Şekil 3.24: Işık modülatörü devresi Ayrıca portatif akülü flüoresan lambalı aydınlatma gereçlerine de ışıldak adı verilmektedir. Bunların yapısını anlayabilmek için 7. bölümde bulunan konvertisörler konusuna bakınız. Sorular 1. LDR, fotodiyot, fototransistör nedir? Açıklayınız. 2. LDR ve transistör kullanarak basit bir ışıkta çalışan devre çiziniz. 3. Hall alan sondası nedir? Yazınız. 64

65 Bölüm 4: Isı kontrol devreleri A. Termokupllu ısı kontrol düzenekleri (araçları) 1. Termokupllar (thermocouple, ısıl çift): Yüksek sıcaklığa sahip bir ortamın (fırın, ocak, kazan vb.) sıcaklık değerini klasik termometrelerle belirleyemeyiz. Bu gibi durumlarda kullanabileceğimiz iki eleman, termokupl temelli ölçme devresi ve direnç temelli (termorezistans) ölçme devresidir. Termokupl temelli ölçme sisteminde ısıyı gerilime çeviren bir yapı vardır. Direnç temelli ölçme sisteminde ise ısıya göre direnci değişen elemanlar mevcuttur. Direnç temelli ölçme sistemi daha çok düşük sıcaklıkların (-200 ilâ +850 C) ölçülmesinde kullanılmaktadır. Şekil 4.1: Termokuplun yapısı Resim 4.1: Yüksek sıcaklıkları ölçmede kullanılan çeşitli termokupllar 2. Termokuplun yapısı: Şekil 4.1'de görüldüğü gibi bir uçları birbirine bağlanmış iki farklı metalin (demir ve konstantan gibi) birleşim yüzeyleri ısıtılarak elektrik akımı elde etmede kullanılan cihazlara termokupl denir. Termokupllar -200 C ilâ C arasındaki sıcaklık ölçümlerinde kullanılan güvenilir ve ekonomik endüstriyel algılayıcılardır. Termokuplda oluşan elektrik akımı, birleşim noktasının sıcaklığına bağlı olup, metallerin farklı elektriksel ve termik özelliklerinden ileri gelir. Başka bir deyişle, yüksek sıcaklık olan bölümdeki elektronlar yüksek termik enerji içermekte ve bu elektronlar soğuk bölgeye doğru hareket etmektedir. Bu işlem sonucunda ise çıkış uçlarında mikrovolt ile milivolt düzeyinde bir gerilim doğmaktadır. Termokuplların ölçüm yapan kısmı açık (çıplak) olarak fırın içine konmaz. Çünkü, oksidasyon (küflenme) ve diğer dış etkenler elemanı çabuk bozar. Bu nedenle ısıyı algılayan kısım, şekil 4.2'de görüldüğü gibi içine oksidasyonu önleyici gaz doldurulmuş koruyucu boru (kılıf) içine yerleştirilir. Termokuplun ısıya maruz kalan kısmını koruyan silindirik yapılı tüp 1200 C'a kadar metalden, 1200 C'ın üzerindeki sıcaklığın söz konusu olduğu yerlerde ise seramik malzemeden üretilir. Koruyucu tüplerin bağlandığı alüminyum dökümden üretilmiş kafa kısmında termokupl telleriyle silikon+cam elyaf+kalaylı bakır kılıf silikon+silikon Şekil 4.2: Termokuplun aşınmayı önleyici kılıf içine konması 65 Şekil 4.3: Termokuplun ürettiği gerilimin ölçme düzeneklerine ulaştırılmasında kullanılan yüksek sıcaklığa dayanıklı kablolara ilişkin örnekler

66 kompanzasyon (dengeleme) kablosunun bağlantılarının yapıldığı terminaller bulunur. Termokuplda üretilen gerilimin, ölçümü yapan cihaza kadar ulaştırılmasında şekil 4.3'te görüldüğü gibi özel yapılı kablolar kullanılır. Kullanılan kabloların yalıtkan tabakası ısıya dayanıklı silikon-kauçuk, cam elyafı-asbest vb. gibi malzemelerden üretilir. Termokupl seçimi rastgele değil, ölçülecek olan sıcaklığın değeri gözönüne alınarak yapılır. Şöyle ki; plastik üretim endüstrisinde sıcaklık 0 ilâ 400 C arasında, demir çelik sanayiindeki sıcaklık ise 0 ilâ 1800 C arasındadır. Bu sıcaklık farklılığı nedeniyle seçilecek termokupl da ayrı tipte olacaktır. Örneğin düşük sıcaklıkların ölçümünde kromel-konstantan, demir-konstantan, bakırkonstantan ikilisiyle yapılmış termokupllar kullanılır. Şekil 4.4'te termokuplun ölçme sistemine bağlanışı gösterilmiştir. terminal kutusu terminal terminal soketi bağlantı aracı tutturma borusu ısıya dayanıklı kablolar dış koruyucu tüp iç koruyucu tüp izolâtör termokupl bağlantı kutusu Şekil 4.4: Termokuplun ölçme düzeneğine bağlanışının basit olarak gösterilmesi analog ya da dijital gösterge 3. Uygulamada kullanılan bazı termokupl tipleri Bakır-konstantan birleşimi termokupl Demir-konstantan birleşimi termokupl Nikel krom-nikel birleşimi termokupl Platin radyum-platin birleşimi termokupl Kromel-konstantan birleşimi termokupl Kromel-alumel birleşimi termokupl 4. Çeşitli tip termokuplların kullanıldığı sıcaklıklar Termokupl tipi Sıcaklık Cu-CuNi -200 ilâ +300 C Fe-CuNi -200 ilâ +800 C NiCr-Ni 0 ilâ C 5. Termokuplların kullanım alanları: Termokupllar uygulamada çok yüksek sıcaklıkların ölçülmesinde kullanılır. Yani, demir-çelik, çimento, seramik, cam, kimya, petrol, gıda, kâğıt vb. sektörlerde termokupllu sıcaklık ölçme düzeneklerine rastlarız.. 6. Pirometreler: Termokupl ve skala taksîmatı C olarak bölümlendirilmiş bir mikrovoltmetrenin birleşiminden oluşmuş cihazlardır. Şekil 4.5'te yapısı görülen bu elemanlar seyyar olarak yüksek sıcaklıkların ölçülmesinde kullanılır. Günümüzde üretilen dijital temelli ölçme cihazlarıyla birlikte analog esaslı pirometreler uygulamadan kalkmıştır. Not: Piro, ateşten gelen anlamındadır. 7. Rezistans (direnç) tipi sıcaklık sensörleri: Bütün metaller elektrik akımını az ya da çok iletir. İletkenlerin her birinin akıma karşı gösterdiği direnç değeri farklı olmaktadır. Bir metalin akıma karşı gösterdiği direnç değeri, R = ρ.l/s [Ω] denklemiyle bulunur. Denklemde, ρ (ro): Maddeye göre değişen öz direnç değeri, l: Uzunluk, S: Kesit [mm 2 ]'dir. 66

67 Direnç değişimine göre sıcaklık ölçümünde kullanılan metaller genellikle, platin ve nikeldir. Bu metallerin avantajı direnç değişim karakteristiklerinin iyi olmasıdır. Başka bir deyişle platin, yüksek özdirence sahip olması nedeniyle değil, çalışmasındaki dengesi sebebiyle direnç termometrelerinde kullanılan standart bir metaldir. Platin ve nikelden yapılmış rezistans termometrelerin özellikleri şöyledir: PT100 Ölçme sahası -200 ilâ +550 C Direncin değişimi (Ω/ C) 0,42...0,39...0,32 NI 100 Ölçme sahası -60 ilâ +180 C Direncin değişimi (Ω/ C) 0,47...0,55...0,81 termokupl termokupl ibre Şekil 4.5: Pirometrenin yapısı ve taşınabilir (seyyar) pirometrenin görünümü R sap 8. Yarı iletken maddelerden yapılan ısıya duyarlı devre elemanları: Yarı iletken temelli sıcaklık algılama sensör ve transdüserleri germanyum, silisyum gibi maddelerden üretilirler. Yapı olarak mercimek kondansatör ya da plastik gövdeli transistörlere benzerler. PTC, NTC, termokupl gibi elemanlarla çok düşük sıcaklık değişimlerini doğru olarak algılamak mümkün değildir. İşte bu noktadan hareketle hassas sıcaklık algılama işlemlerinde yarı iletkenlerden yapılmış kaliteli elemanlar kullanılır. 9. Yarı iletkenden yapılmış ısıya duyarlı eleman örnekleri I. LM 35 (kılıf 1): Isıya bağlı olarak gerilim üretir. -55 C ilâ +l50 C'lık sıcaklıkların algılanmasında kullanılır. Her 1 C'lık sıcaklık artışında yaklaşık 10 mv üretir (şekil 4.7). koruyucu boru sıcaklıkla direnci değişen eleman (direnç) bağlantı başlığı II. LM235 (kılıf 2): Isıya bağlı olarak gerilim üretir. -40 C ilâ +125 C'lık sıcaklıkların algılanmasında kullanılır. Her 1 C'lık kılıf 1 sıcaklık artışında yaklaşık 10 mv üretir (şekil 4.7). Şekil 4.6: Rezistanslı sıcaklık algılama sensörünün yapısı kılıf 2 B. Termistörlü sıcaklık kontrol devreleri U çıkış Endüstriyel uygulamalarda sıcaklık derecesinin ölçülmesi için bir çok V çıkış şase düzenek mevcuttur. Sıcaklık ölçümünde kullanılan bazı elemanlar: PTC, NTC, yarı iletken ısı sensörü, dıştan ısıtmalı bimetal, direnç teliyle ısıtmalı bimetal, kuyruklu (gazlı) termostat ve termokupldur. V besleme V besleme şase (ayar) Şekil 4.7: LM35 ve LM235 tipi sıcaklık algılayıcılarının ayaklarının dizilişi (ayar) 67

68 I. Dijital yapılı sıcaklık ölçme devresi: Şekil 4.8'de verilen devrede sıcaklık, KTY10 adlı PTC termistörü tarafından algılanıp ICL 7106 entegresine elektrik sinyali olarak uygulanır. ICL 7106 entegresinin içinde analog/dijital çevirici (ADC) ve display sürücü devreleri mevcuttur. Bu sayede ortam sıcaklığı göstergede (display) okunabilir. Devrede kullanılan R 1 trimpotu devre için referans gerilim ayarını yapar ve mv/ C oranını belirler. R 2 trimpotu giriş düzeyini ayarlamaya yarar. Devrenin doğru çalışabilmesi için R 1 ve R 2 trimpotları çok hassas ayarlanmalıdır. Sıcaklık ölçme devresi -40 ilâ +125 C arasındaki değerleri ölçebilir. Devrenin harcadığı enerjinin minimum seviyede olabilmesi için LCD gösterge kullanılmıştır. Devrede ledli display (anodu şase tip yedi parçalı gösterge) kullanılmak istenirse ICL7107 entegresi kullanılmalıdır. Bu iki entegrenin ayak bağlantıları tamamen aynıdır. KTY10 (NTC) 1,5 k 150 k 5,6 k 100 pf 100 k 470 k 100 k R 1 R k 220 k 10 nf 220 nf 100 k 100 nf S 9 V ICL nf IC ,5 hâneli standart LCD display Şekil 4.8: Dijital yapılı sıcaklık ölçme devresi II. Sıcaklığı gerilime çeviren devre: Şekli 4.9'da verilen devrede ortam ısındıkça NTC'nin direnci azalır ve üzerinde oluşan gerilim düşer. Bunun sonucunda op-ampın 2 numaralı girişinin gerilimi azalır. 741'in 3 numaralı girişinin gerilim değeri sabit olduğundan, iki giriş ucu arasındaki gerilim farkı büyür. Giriş gerilimleri arasındaki farkın büyümesi çıkış geriliminin seviyesini yükseltir. Çıkışın yükselmesi ise tetiklenen sistemde (ampermetre, voltmetre, analog-dijital çevirici vb.) değişikliğe neden olur. III. Dijital yapılı sıcaklık ölçme aygıtı: Santigrad ( C) cinsinden sıcaklık ölçümü için üretilmiş cihazdır. Prob içindeki sensör NiCr-Ni tipidir. Ölçme sınırları: C arasında değişmektedir. Not: Resim 4.2'de görülen aygıt, Meter firmasınca üretilen D145MF model portatif sıcaklık ölçme cihazı için geçerlidir. C. Motor ve transformatör gibi aygıtların aşırı sıcaktan korunması Üç fazlı asenkron motorların büyük güçlü ve pahalı modellerinin arızalanmasını (sargılarının yanmasını) önlemek için resim 4.3'te görülen termistörlerden de yararlanılır. Korunacak motorun 68

69 10 k 470 Ω 100 nf +12 V 10 k zener diyot 6,8 V 10 k 100 k 100 k Ω 6 V çıkış 0,5 V/ C 10k -T 1-10k 680 k - Şekil 4.9: Sıcaklığı gerilime çeviren devre Resim 4.2: Dijital yapılı sıcaklık ölçme aygıtı statorunun oyuklarına yerleştirilmiş olan sargıların arasına konulan termistörler yüksek sıcaklık oluşması durumunda elektronik devreyi çalıştırarak motorun durmasını sağlar. Resim 4.4'te termistörün motor oyuğuna yerleştirilişi gösterilmiştir. sargı oyuklarına konulan termistör Resim 4.3: Motor sargılarını yüksek sıcaklığa karşı korumada kullanılan termistör örnekleri I. Termistörlü (PTC, NTC) koruma röleleri: Resim 4.3'te verilen PTC ve NTC gibi ısıya duyarlı devre elemanlarını motorların korunmasında kullanabiliriz. Koruma için yapılmış olan termistörler motor sargılarının arasına yerleştirilebilecek biçimde üretilmektedir. Termistör rölelerinde motora kumanda eden kontaktörün devre dışı edilmesini sağlayan sistem ise elektronik bir devredir. Küçük güçlü ve ucuz tipdeki motorlarda termistörlü koruma sistemi yaygın değildir. Bu yöntem daha çok büyük güçte, hassas ve pahalı motorların korunmasında kullanılmaktadır. 69 3xPTC boş stator Resim 4.4: Isıya duyarlı elemanın stator oyuğuna yerleştirilmesi M (0) elektronik devreli röle (I) Şekil 4.10: Termistörlü motor koruma rölesinin devreye bağlantısı

70 Sorular 1. Termokupl nedir? Açıklayınız. 2. PTC ve transistör kullanarak sıcakta çalışan basit bir devre tasarlayınız. 3. Pirometre nedir? Açıklayınız. Bazı ısı algılayıcılarının (sensörlerinin) özellikleri kılıf I kılıf II kılıf III kılıf IV alt alt alt alt kılıf V kılıf IV alt alt üst 70

71 Bölüm 5: Uzaktan kumanda yöntemleri Giriş: Endüstriyel sistemlerde ve günlük yaşamda kullanılan araçlarda uzaktan kumanda sistemleri her geçen gün yaygınlaşmaktadır. Bu bölümde çeşitli uzaktan kumanda sistemlerinin yapısı hakkında temel bilgiler verilecektir. P 100 k + 9 V R Ω 220 Ω A. Işık yayan diyotlarla uzaktan kumanda entegreli enfraruj verici devresi: Şekil 5.1'de verilen 555 entegreli devre son derece basittir. R 1 direncinin değeri değiştirilerek entegrenin 3 numaralı çıkış ayağından alınan kare dalganın frekansı değiştirilebilir. R 1 1,2 k 330 nf 555 enfraruj led Şekil 5.1: 555'li enfraruj verici devresi 2. Enfraruj alıcı devresi: Şekil 5.2'de verilen devre gün ışığından etkilenmeyecek şekilde tasarlanmıştır. Yani, devre kondansatör ve dirençli filtreler sayesinde sadece 2,7 khz'lik frekansa sahip enfraruj ışınları algılayabilmektedir. Çıkışta bulunan rölenin çalışabilmesi için verici devresinden 2,7 khz'lik ışınlar gönderilmelidir. Devreyi çalıştırmak için 2,7 khz'lik basit bir enfraruj verici devresi yeterli olmaktadır. 100 k +12 V 82 k 68 k 4,7 µf L BC547 fototransistör T 1 BC547 6,8 k 6,8 k T 2 T 3 BC547 3,3 k 100 Ω 1N4001 Şekil 5.2: Enfraruj alıcı devresi Vericiden gelen 2,7 khz'lik, kare dalga şeklindeki ışınlar fototransistör tarafından algılanır. Sürekli olarak iletim kesim olan fototransistörün kolektöründe verici frekansının aynı değerde bir kare dalga oluşur. Bu kare dalgalar 4,7 µf'lık kondansatör ve 1N4001 diyodu tarafından doğrultulur. DC akım ile ise T 3 transistörü iletime sokulur. 3. Enfraruj ışınlara duyarlı verici ve alıcı devresi: Şekil 5.3'te verilen şemada 555'in çıkışında bulunan enfraruj led ışın yaydığında fototransistör iletime geçer. T 1 iletime geçtiğinde T 2 'nin beyz polarması azalır ve bu eleman kesime gider. T 2 kesime girince T 3 'ün beyz polarma 71

72 10 k 100 k Ω 100 k 1 k T 2 BC547 T 3 1,5 k BC µf 100 nf enfraruj led T 1 fototransistör 1-10 k Şekil 5.3: Enfraruj ışınlara duyarlı verici ve alıcı devresi gerilimi artar ve bu eleman iletime geçerek röleyi çalıştırır. B. Optokuplörlerle uzaktan kumanda 1. Optokuplörle uzaktan kumanda: Optokuplörler V gelişmiş elektronik devrelerde S (TV, PLC cihazı, bilgisayar TIL111 vb.) yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu elemanların sağladığı en önemli avantaj iki ayrı devreyi birbirinden elektriksel olarak yalıtmasıdır. Yani kumanda devresi, güç devresinden hiç etkilenmez. Kumanda devresinde ortaya çıkan elektriksel değişiklikler ışığa dönüşür ve güç devresini kontrol eden ışık algılayıcı elemanı sürer. S anahtarı kapatıldığında 220 Ω ya da 4N25 disk, plaka enfraruj diyot ışın yayar. Bu ışınlar fototransistörü sürer. İletime geçen fototransistör ise BC547'yi tetikleyerek rölenin çalışmasını sağlar. optointerraptır 470 Ω yarık 220 Ω BC V Şekil 5.4: Optokuplörlü uzaktan kumanda devresi 1 k 1N4001 AC motor L AC 12 V BT Optointerraptır ve triyaklı uzaktan kumanda Şekil 5.5: Optointerraptır ve triyaklı uzaktan kumanda devresi devresi: Şekil 5.5'te verilen devrede enfraruj lede DC 12 V uygulandığı anda yayılan ışınlar fototransistörü etkileyerek iletime sokar. İletime geçen fototransistör triyakı sürerek lambayı çalıştırır. Optointerraptırın yarığına bir cisim girdiğinde ışık alamayan fototransistör kesime gideceğinden triyak da alıcıyı çalıştırmaz olur. 72

73 C. Ultrases dalgalarıyla uzaktan kumanda 20 khz'den fazla frekanslara sahip sinyallere ses üstü dalgalar anlamında ultrasonik dalgalar ya da ultrases diyoruz. Ultrases ile çalışan devrelerde 36 khz ya da 40 khz frekanslı sinyal kullanımı yaygındır. Ultrasonik sinyaller fiziksel engellerden (saydam bile olsa) geçememektedirler. ultrases vericisi R 1 R 2 R 3 R + 9 V 1,2 k 47 k 4 1,2 k 47 k A BC107 1N4148 2x470 pf BC107 1N4148 Şekil 5.6: Astable multivibratörlü basit ultrases verici devresi İşte bu nedenle ultrasonik sisteme göre çalışan alıcı ile verici arasında herhangi bir engelin bulunmaması gerekir. Uygulamada kullanılan ultrasonik transdüserlerin çalışma frekansları khz dolayındadır. Ultrasonik ses kullanılarak metre uzakta bulunan her türlü alıcıya kumanda etmek mümkündür. a. Astable multivibratörlü basit ultrases vericisi: Şekil 5.6'da verilen devrede transistörler sırayla iletim kesim olarak A noktasında kare şeklinde bir sinyal oluşturur. A noktasında oluşan değişken gerilim sayesinde verici belli frekansta bir ultrases yayar. Devrenin yaydığı ultrasesin frekans değeri R 2 ya da R 3 'ün değeri değiştirilerek ayarlanabilir. - 0,22 µf 62 k 75 k 35 k 0,1 µf 820 Ω 60 k 100 k NE442 0,1 µf 22 k 33 n 0,1 µf 1N µf 1N k + 9 V 47 k 330 k 33 k 5,6 k P 1 MΩ 1N k BD522 ultrases alıcısı 0,1 µf Şekil 5.7: Ultrases alıcı devresi b. Ultrasonik alıcı devresi: Şekil 5.7'de verilen devre, ultrases verici devresinin 5-30 metre arası uzaklıktan yaydığı ultrasonik sesleri alır, elektrik sinyaline çevirir, yükseltir ve röleyi çalıştırır. Ç. Radyofrekans dalgalarıyla uzaktan kumanda Birbirinden çok uzakta bulunan iki devre arasındaki bilgi alışverişi yüksek frekanslı sinyallerle yapılabilmektedir. Pratikte bu tip devrelere radyofrekanslı alıcı-verici adı verilmektedir. Radyo kelimesiyle anlatılmak istenen husus, iki devre arasındaki veri iletişiminin yüksek frekanslı 73

74 sinyallerle yapıldığıdır. Uzaktan kumandalı oyuncaklar (araba, uçak, gemi vb.), bazı oto alarmları, radyofrekanslı sinyallerle çalıştırılır. Radyofrekans vericisinden yayılan yüksek frekanslı, taşıyıcı dalgaya bindirilmiş (modüleli) sinyaller alıcı tarafından algılanır. Alınan sinyaller önce taşıyıcı dalgadan ayırılır. Daha sonra vericinin gönderdiği sinyallerin frekans değerine göre alıcıdaki istenen devre katları açılıp kapanır. Radyofrekanslı kumanda sistemlerini tam olarak kavrayabilmek için radyoların çalışma prensibini, osilatörleri, antenleri, rezonans devrelerini çok iyi bilmek gerekir. Bu kitabın içeriğinde radyolar olmadığından radyofrekans sinyalleriyle uzaktan kumanda geniş olarak anlatılmamıştır. D. Diğer uzaktan kumanda sistemleri 1. Hareket dedektörleri: İnsan vücudunun yaydığı ısıyı ve hareketi algılayarak çalışan röleli devrelerdir. Hırsız alarmlarında, merdiven, koridor gibi az kullanılan yerlerin otomatik olarak aydınlatmasında, otomatik açılan kapılarda vb. kullanılan hareket dedektörleri son bir kaç yıldır oldukça yaygınlaşmıştır. Hareket dedektörlerinin içinde hareketi algılayan hassas bir sensör mevcuttur. Bu eleman kapsama alanının içine bir canlı (insan, hayvan) girdiğinde elektronik devreyi tetikleyerek röleyi çalıştırmaktadır. Resim 5.1: Hareket dedektörü D artı (+) besleme çıkış G S şase (eksi) Resim 5.2: Hareket dedektörlerinde kullanılan sensör Şekil 5.8: Hareket dedektörlerinin tarama alanının gösterilişi Piyasada bir kaç marka ve modeli bulunan hareket dedektörlerinin tarama açısı olabilmektedir. Genellikle duvara monte edilerek kullanılan bu elemanların hissetme mesafesi ise modeline göre metre dolayındadır. Şekil 5.8'de hareket dedektörlerinin hissetme mesafesi gösterilmiştir. Hareket dedektörlerinin sensörü tıpkı bir fototransistör gibi çalışmaktadır. Tek fark, hareket sensörlerinin ışığı değil canlının yaydığı termo enerjiyi algılıyor olmasıdır. Resim 5.2'de verilen ayak bağlantısında D-S uçları arasına 2-5 voltluk DC besleme yapıldıktan sonra sensöre yaklaşıldığında G ucundan 5-10 ma kadar bir çıkış akımı alınır. Bu akım op-amplı ya da transistörlü devreyle güçlendirilerek röle sürülebilir. 2. Sesle uzaktan kumanda: Uygulamada insan sesiyle çalışan devreler de kullanılmaktadır. I. Ses ile bir süre çalışıp duran motor devresi: Şekil 5.9'da mikrofona gelen ses T 1 ve T 2 transistörlerini iletime sokar. T 3 transistörünün beyz ucu T 2 üzerinden eksi alarak iletime geçer. T 2 'den T 1 'e, kondansatörle yapılan geri besleme, ses kesildikten sonra bile motorun bir süre çalışmasını sağlar. Kondansatörün değeri büyütüldükçe motorun çalışma süresi uzar. 74

75 4.7 k 820 k 47 k 100 µf 16 V 10 k + 6 V BC547 BC Ω T 3 T 1 T 2 BC308 0,33-1 µf 16 V kapasitif mikrofon 3,3 µf/16 V 6 V DC motor Şekil 5.9: Sesle bir süre çalışıp duran motor devresi Sorular 1. Optik yöntemle uzaktan kumandanın ilkesini anlatınız. 2. Ultrasonik sensörler hakkında bilgi veriniz. 3. Enfraruj diyotlar hakkında bilgi veriniz. 4. Fototransistör kullanarak basit bir ışığa duyarlı devre çiziniz. 75

76 Bölüm 6: Zamanlayıcılar A. Zaman sabitesi 1. R-L zaman sabitesi: Omik direnç (R) ile indüktif direnç (X L ) şekil 6.1'de görüldüğü gibi seri bağlanıp akım uygulanırsa, devreye seri bağlı olan ampermetrenin ibresinin aniden maksimum değere çıkmadığı görülür. Bunun nedeni, bobinin oluşturduğu manyetik alanın üreteçten gelen akımın artışına karşı koymasıdır. R (direnç) ve L (bobin) ile oluşturulan seri bir devreden geçen akımın, 5.τ zaman sonra maksimum değere ulaştığı, hassas deneyler sonucunda anlaşılmıştır. Buna göre, R-L seri bağlı devrelerin zaman sabitesi τ=l/r [s] ile bulunabilir. Örnek: 2 Ω'luk direnç ile 0,2 henry'lik bobin seri bağlanmıştır. Devrenin zaman sabitesini bulunuz. Çözüm: τ=l/r = 0,2/2 = 0,1 s Not: Her bobinin mutlaka bir miktar omik direnci vardır. Omik direnci hiç olmayan bobine ideal bobin denir. Gerçekte ideal bobin yoktur. İdeale yakın bobin vardır. R-L seri bağlı devreden geçen akımın zamana göre değişim grafiği çizilecek olursa şekil 6.2'de görülen logaritmik eğriler bulunur. Şekil 6.2'deki logaritmik eğrilerden yararlanılarak e tabanlı logaritmik denklem bulunmuştur. Uzun hesaplamalar gerektiren e tabanlı denklemin nasıl çıktığı üzerinde durulmadan hesaplamalarda kullanılan formül doğrudan verilecektir. Şarj anında akımın ani değerini bulmada kullanılan denklem: i = V/R.(1-e -(R/L).t ) [A] ya da, i = V/R.[1-1/e (R/L).t ] [A] Verilen denklemde, i: Anahtar kapatıldıktan sonra akımın maksimum değerine ulaşmadan önce herhangi bir t anındaki ani değeri, V: Devreye uygulanan gerilim, R: Devredeki direncin değeri, L: Bobinin indüktansı (henry), e: Neper logaritma tabanı (2,71828)/ Deşarj anında akımın anî değerini bulmada kullanılan denklem: i = V/R.(e -(R/L).t ) [A] ya da i = V/R(1/e (R/L).t ) [A] V Şekil 6.1: R-L seri devre Örnek: Şekil 6.1'de verilen devrede, R = 2 Ω, L = 4 henry, V = 20 V olduğuna göre,r-l seri devrede anahtar kapatıldıktan 2 s sonra akımın ani değeri nedir? Hesaplayınız. 76 V Şekil 6.2: R-L seri devreye uygulanan DC akımın "artış" ve "azalış" eğrileri

77 Çözüm: Devreden geçebilecek doğru akımın maksimum değeri, Imaks = V/R = 20/2 = 10 A DC uygulandıktan 2 s sonra devreden geçen akımın anî değeri: i = V/R.(1-e -(R/L).t ) = 20/2(1-1/e (2/4).2 ) = 10.(1-1/e 1 ) = 10.(1-1/2,718 1 ) i = 10-10/2,718 = 6,32 A Örnek: Şekil 6.1'de verilen devrede akım maksimum değerde 10 A akarken S anahtarı 2 konumuna alındıktan 2 saniye sonra hangi değere düşer? (V=20 V, R=2 Ω, L= 4 H) Çözüm: i = V/R.(e -(R/L).t) ) = = 10/2,718 = 3,68 A Ek bilgi: Logaritma Bir sayının logaritmasını bulmak, o sayının ait olduğu sayı sisteminde tabanın kaçıncı kuvveti olduğunu belirlemektir. Desimal (on tabanlı) sayı sisteminde kullanılan logaritmaya adî logaritma denir. Örneğin, Log10 = 1, Log100 = 2, Log1000 = 3'tür. Tabanı 2,71828 olan neper logaritması ise Ln ile gösterilir. Bunun mantığı yine aynıdır. Sadece bir sayının neper logaritma değeri bulunurken 2,71828'in kaç katı olduğu belirlenir. Örneğin, Ln3 = 1,09, Ln5 = 1,60, Ln10 = 2,3, Ln100 = 4,605'tir. Başka bir ifadeyle: 3 = e 1,09, 5 = e 1,6, 10 = e 2,3, 100 = e 4,605 'tir. Logaritma hesapları için ya hazır logaritma cetvelleri ya da hesap makinesi kullanılır. UV 1 2 R R-C seri devrede akımın artış eğrisi V R deşarj S Şekil 6.3: R-C seri devre X C R-C seri devrede akımın azalış eğrisi 5τ Şekil 6.4: R-C seri devreye uygulanan DC akımın "artış" ve "azalış" eğrileri t (s) 2. R-C seri (kapasitif özellikli) devrelerde zaman sabitesi (R-C time constant): Kondansatörün her iki levhasında eşit derecede elektron bulunduğu zaman eleman boş olarak nitelenir. Kondansatörün dolması demek, iki levhadan birinin (+), diğerinin (-) yük ile yüklenmesidir. Kondansatör bir R direnci üzerinden şarj olurken, uçlarındaki gerilimin, U besleme geriliminin % 63,2'sine çıkması için geçen zamana bir zaman sabitesi denir. Başka bir deyişle, dolu bir kondansatörün uçları arasındaki gerilimin, boşalma esnasında ilk gerilim değerinin % 36,8'ine düşmesi için geçen zamana bir zaman sabitesi adı verilir. Kondansatörler bir DC kaynağına bağlandığında ampermetrenin ibresi önce yüksek bir değer gösterir. Sonra 0 A değerine doğru iner. Şekil 6.3'te verilen devrede anahtar 2 konumuna alınırsa deşarj işlemi başlayacağından ampermetre ters yönde yüksek bir akım değeri gösterir daha sonra ibre sıfır değerine doğru düşer. Yapılan bu deneylerin elektriksel grafikleri çizilecek olursa şekil 6.4'teki logaritmik özellikli eğriler bulunur. Eğrilerden çıkarılan denklemlere göre kondansatörler 5τ (tau)'luk zaman aralığında dolar ya da boşalırlar. Omik direnci hiç olmayan bir kondansatör, ideal kondansatör olarak adlandırılır. Ancak gerçekte 77

78 ideal kondansatör yoktur, ideale yakın kondansatör vardır. Çünkü, şarj olurken akıma karşı hiç direnç göstermeyen kondansatör yapılamamıştır. Yani, kondansatörün bağlantı ayaklarının ve plakaların yapıldığı metalin belli bir omik direnci söz konusudur. Herhangi bir kondansatör tek başına üretece bağlandığı anda hemen dolmaz. Dolma işlemi belli bir süre alır. Bu süre çok kısa olduğu için ihmal edilebilir. Kondansatör şekil 6.3'te görüldüğü gibi bir direnç üzerinden devreye bağlandığında zaman sabitesi denklemi: τ = R.C [s] şeklinde bulunur. Kondansatör şarj olurken geriliminin belirli bir sürede yükseldiğini, deşarj olurken yine belirli bir sürede yüksüz hâle döndüğünü belirtmiştik. Bu yaklaşım ışığında yapılan deneylerde bulunan doluluk oranları şu şekilde olmaktadır: τ (zaman sabitesi) I (şarj akımı) V (şarj gerilimi) 1 τ sonra % 36,8 % 63,2 2 τ sonra % 13,5 % 86,5 3 τ sonra % 4,98 % 95,02 4 τ sonra % 1,83 % 98,17 5 τ sonra % 0,67 % 99,33 Örnek: Şekil 6.3'te verilen devrede 1000 µf'lık kondansatör, 10 kω'luk direnç üzerinden şarj olmaktadır. a. Kondansatörün zaman sabitesini, b. Kondansatörün tam olarak dolması için geçen zamanı bulunuz. Çözüm: a. τ = R.C = ,001 = 10 s b. Kondansatörün dolma zamanı = 5.τ = 50 s Kondansatörün plakalarında biriken enerjinin gerilim ve akım değerinin herhangi bir andaki seviyesini bulmada kullanılan denklemler: Şarj anında akımın ve gerilimin anî değerlerini bulmada kullanılan denklemler: vc = V.(1-e -t/r.c ) [V] ic = V/R.(e -t/r.c ) [A] Örnek: Değeri 2 MΩ olan bir direnç ile kapasite değeri 2 µf olan bir kondansatör seri bağlanmış ve devreye 200 V uygulanmıştır. Buna göre anahtar kapandıktan 2 s sonra kondansatör uçlarındaki gerilim kaç volt olur? Bulunuz. Çözüm vc=v.(1-e -t/r.c )=200.(1-e -2/2.2 )=200.(1-e -1/2 )=200.[1-(1/e 1/2 )]=200.[1-(1/ )]= 78,6 V Deşarj anında akımın ve gerilimin anî değerlerini bulmada kullanılan denklemler: vc = V.(e -t/r.c ) [V] ic = -V/R.(e -t/r.c ) [A] Örnek: Kapasite değeri 1 µf olan bir kondansatöre 250 V uygulanarak şarj işlemi yapılmıştır. Ardından üreteç sistemin dışına çıkarılarak kondansatör uçlarına 1 MΩ'luk direnç paralel olarak bağlanmıştır. Buna göre deşarj işlemi başladıktan 2 s sonra kondansatör uçlarındaki gerilim kaç volta iner? Bulunuz. Çözüm: vc = V.(e -t/r.c ) = 250.(e -1/1.1 ) = 250.e -1 = 250.(1/2,718) = 92 V B. Zamanlayıcı çeşitleri (zaman rölesi devreleri) Endüstriyel sistemlerde bazı işlemlerin belli bir zaman gecikmesiyle yapılması istenir. İşte bu durumlarda zaman rölesi devreleri kullanılır. 78

79 1. Zaman rölelerinin devre yapısı bakımından sınıflandırılması: Zaman geciktirme devreleri üç kısımda incelenmektedir. I. Analog esaslı (transistör, tristör, triyaklı vb.) zamanlayıcılar. II. Entegreli (555, 741 vb.) zamanlayıcılar. III. Dijital esaslı (lojik kapı entegreli) zamanlayıcılar. En basit zaman gecikmesi, bir kondansatörün direnç üzerinden şarj olması ilkesine dayanmaktadır. Resim 6.1: Uygulamada kullanılan çeşitli zamanlayıcılar Ayrıca, bir bobinin üzerinden geçen akımın yükseliş ve düşüş anında yaratmış olduğu geçici rejim de bir zaman gecikmesi olayıdır. 2. Zaman rölelerinin çalışma şekline göre sınıflandırılması I. Düz (çekmede gecikmeli) zaman rölesi: Belli bir süre sonra çalışmaya başlayan zaman rölesidir. Başka bir deyişle, besleme uçlarına gerilim uygulanınca ayarlanan süre sonunda, normalde kapalı kontağı açılan, açık kontağı kapanan röledir. Bu tip çalışan devrelere turn-on tipi zamanlayıcı da denir. II. Ters (düşmede gecikmeli) zaman rölesi: Belli bir süre çalışıp duran zaman rölesi devresidir. Başka bir deyişle, besleme uçlarına gerilim uygulanınca, anî olarak kontaklar konum değiştirir. Röle enerjili kaldığı sürece bu konum muhafaza edilir. Enerji kesilince, ayarlanan süre kadar enerjili durumdaki konum korunur. Gecikme süresi sonunda kontaklar normal konumunu alır. Bu tip çalışan devrelere turn-off tipi zamanlayı da denir. C. Zaman rölesi devresi örnekleri a. Tek transistörlü, alıcıyı gecikmeli olarak çalıştıran (turn-on tipi) zamanlayıcı devresi: Şekil 6.5'te verilen şemada besleme gerilimi devreye uygulandığında R ve P üzerinden geçen akım C'yi doldurmaya başlar. C'nin gerilimi belli bir seviyeye (0,6-0,7 V) geldiğinde transistör iletime geçerek, rölenin bobinin mıknatıslanmasına yol açar. Röle bobinin mıknatıslanmasıyla palet çekilir ve kontaklar konum değiştirerek lambayı çalıştırır. B'ye basıldığında C boşalacağından lamba söner. Devrenin besleme gerilimi devam edecek olursa B'den elimizi çektikten bir süre sonra lamba tekrar yanar. 5,6-47 kω L kω AC ya da DC BC µf/16 V - Şekil 6.5: Tek transistörlü turn-on tipi zaman rölesi Devredeki elemanların görevleri: R direnci: Potun değeri sıfır yapıldığında transistörün beyzini aşırı akıma karşı korur. Pot (P): Devrede kondansatörün dolma zamanını ayarlar. Yani gecikme süresini belirlememizi sağlar. Kondansatör (C): Devrenin gecikmeli olarak çalışmaya başlamasını sağlar. Transistör: Beyz ucuna gelen küçük değerli akımı ile kolektör-emiter uçları arasından daha yüksek bir akım geçirerek röleyi çalıştırır. Röle: Bobini enerjilendiğinde kontakları konum değiştirir ve yüksek akımlı bir alıcının kumanda edilmesini sağlar. Diyot: Rölenin bobinin oluşturduğu yüksek değerli indüksiyon gerilimlerinin transistörü bozmasını engeller. Yani, yüksek değerli gerilimlerin rölenin kendi bobini üzerinden dolaşmasını sağlar. 79

80 Not: Şekil 6.5'te görülen devrede röle yerine led ya da 12 V'luk flamanlı lamba da bağlanabilir. Eğer alıcı olarak led kullanılacaksa, lede seri olarak 470 Ω-1 kω'luk seri bir direnç bağlanmalıdır kω b. Tek transistörlü alıcıyı bir süre çalıştırıp durduran (turn-off tipi) zamanlayıcı devresi: R Şekil 6.6'da verilen devrede B'ye basılınca BC547 C dolar. Butondan elimizi çektiğimizde µf/16 V C'nin üzerinde biriken elektrik yükünün - akımı R direncinden geçerek transistörü tetikler. İletime geçen transistör röleyi Şekil 6.6: Tek transistörlü turn-off tipi zaman rölesi çalıştırır. Bir süre sonra kondansatör plakalarındaki elektrik yükü biteceğinden transistör kesime gider, röle ilk konumuna döner ve lamba söner. Devredeki elemanların görevleri: R direnci: Butona basıldığı anda transistörün beyzine yüksek akım gitmesini engeller. Yani, beyz ucunu yüksek akıma karşı korur. Pot (P): Kondansatörün boşalma zamanını ayarlar. Yani, alıcının çalışma süresini belirlememizi sağlar. Kondansatör (C): Devrenin bir süre çalışmasını sağlar. B 1N4001 5,6-47 kω +12 V L AC ya da DC 100 k-470 k 1 k-10 k T 1 L 47 k-470 k BC547 T 2 BC547 Şekil 6.7: Transistörlerin darlington bağlanması Şekil 6.8: Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli turn-on tipi zaman rölesi devresi c. Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli turn-on tipi zaman rölesi devresi: Şekil 6.7'de görüldüğü gibi transistörlerin ard arda bağlanmasıyla daha güçlü, hassas ve yüksek kazançlı transistörler yapılabilir. Şekil 6.8'de verilen turn-on tipi zaman rölesi devresinde S anahtarı kapatıldığında R 1 ve P üzerinden geçen akım C'yi doldurmaya başlar. C'nin gerilimi belli bir seviyeye geldiğinde T 1 transistörü iletime geçer. T 1 iletime geçince T 2 de iletime geçer ve röle çalışır. B'ye basılırsa C boşalacağından devre başa döner. Yani alıcı bir süre çalışmaz. Belli bir zaman geçtikten sonra tekrar çalışmaya başlar. ç. İki transistörlü kaskad bağlantılı turn-off tipi zaman rölesi: Şekil 6.9'da verilen devrede B'ye basılınca C dolar ve T 1 'i tetikler. T 1 'in iletime geçmesiyle R 3 direnci üzerinde bir gerilim oluşur. R 3 'te oluşan gerilim T 2 transistörünü sürerek ledi çalıştırır. C boşalınca T 1 ve T 2 kesime gider, led söner. d. Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli turn-off tipi zaman rölesi devresi: Şekil 6.10'da 80

81 +12 V kω µf/16 V B 10 kω R kω kω R 2 1 kω +12 V R 4 BC547 T 1 T 2 BC547 R 3 - P R 1 B kω kω µf/16 V R 2 1 MΩ 1N4001 T 1 BC547 BC547 T 2 L Şekil 6.9: İki transistörlü kaskad bağlantılı turn-off tipi zaman rölesi Şekil 6.10: Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli turn-off tipi zaman rölesi devresi verilen devrede B'ye basıldığında kondansatör (C) boşalır ve yeniden dolmaya başlar. Bu sırada P ve R 1 üzerinde oluşan polarma gerilimi T 1 transistörünü sürer. İletime geçen T 1 ise T 2 'yi sürer ve röle çalışır. Kondansatör tam olarak dolunca akım çekmez. Kondansatörün akım çekmemesi nedeniyle P ve R 1 üzerinde gerilim düşümü olmaz ve transistörler kesime gider. e. Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli turn-off tipi zaman rölesi devresi: Şekil 6.11'de verilen devrede B'ye basıldığında kondansatör (C) dolar. Butondan elimizi çektiğimizde C'nin üzerinde biriken elektrik yükünün akımı R direncinden geçerek T 1 ve T 2 transistörünü tetikler. İletime geçen T 2 transistörü röleyi çalıştırır. Bir süre sonra kondansatör plakalarındaki elektrik yükü biteceğinden transistörler kesime gider, röle ilk konumuna döner ve lamba söner. Devrede T 1 transistörünün beyzine kω bağlanan direncin değeri çok büyük olduğundan beyz ucu çok küçük bir akım çeker. Bu sayede kondansatör çok uzun sürede boşalır. f. Schmitt trigger (tetiklemeli) bağlantılı turn-off tipi zaman rölesi devresi: Transistörlerin schmitt tetiklemeli bağlanması kısaca şöyle açıklanabilir: Rölelere uygulanan gerilim hemen sıfır ya da maksimum değere ulaşmazsa, rölenin bobininin oluşturduğu mıknatıslık yetersiz olacağından, kontaklar titreşir. İşte bu durum röleli devrelerde hiç istenmez. Çünkü titreşim şerareye (kıvılcım) sebep olarak rölenin kontaklarının çabuk bozulmasına neden olur. Röle kontaklarındaki titreşimi en az değere indirmek için transistörler schmitt (şimit) tetiklemeli olarak bağlanır. Schmitt tetiklemeli turn-off zaman rölesi devresi şöyle çalışır: Şekil 6.12'de verilen devreye enerji uygulandığında C henüz boş olduğundan T 1 kesimdedir. Dolayısıyla T 1 'in kolektör ucundaki (A noktası) gerilimin değeri şaseye göre maksimum seviyededir. Bundan dolayı T 2 hemen iletime geçerek röleyi sürer ve alıcı çalışır. R 1 ve pot üzerinden şarj olmaya başlayan C, bir süre sonra dolarak T 1 i iletime sokar. İletime giren T 1 in kolektöründeki (A noktası) gerilim azalırken emiterine bağlı olan R 3 direncinde (B noktası) düşen gerilim yükselir. Bu da T 2 transistörünün k-500 k µf 1N4001 T 1 BC547 BC547 T 2 Şekil 6.11: Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli turn-off tipi zaman rölesi devresi L

82 (iki elektriksel etki sebebiyle) hızlıca kesime gitmesine neden +12 V olur. Şöyle ki; R 1 R 2 I. T 1 'in kolektöründeki gerilim düşerek T 2 'yi kesime götürür. P R 3 R 4 II. T 1 ve T 2 nin emiterlerinin L bağlı olduğu R 5 direncinde oluşan gerilim, T 2 'nin beyz akımını azaltıcı etki yapar. BC547 T 1 BC547 T 2 (Negatif geri besleme) B C B Devrede bulunan B butonuna basılacak olursa C R 5 R 6 - boşalacağından, T 1 hemen kesime gider. Bu da T 1 'in Şekil 6.12: Schmitt tetiklemeli turn-off tipi zaman rölesi devresi kolektör (A noktası) geriliminin yükselmesine neden olarak T 2 'yi iletime sokar. Sonuç olarak schmitt tetikleme yöntemi, rölenin çok hızlı olarak iletim ya da kesime gitmesini sağlar. 3. Merdiven ışık otomatiği devreleri: Çok katlı yapılarda merdiven boşluklarını istenilen süre kadar aydınlatmak için geliştirilmiş cihazlara merdiven ışık otomatiği denilmektedir. Merdiven ışık otomatiklerini yapı bakımından şöyle sınıflandırabiliriz. I. Mekanik yapılı: Bunların içinde motor ve yay düzeneği vardır. Butona basılınca kontak kapanır, lambalar yanar. Ayarlanan süre sonunda ise söner. Mekanik yapılı ışık otomatikleri uygulama alanından kalkmıştır. II. Elektronik yapılı: Bu tip otomatiklerin içinde çeşitli biçimlerde dizayn edilmiş elektronik devreler mevcuttur. Elektronik yapılı merdiven ışık otomatiği devrelerine ilişkin devre örnekleri a. PNP transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi: Şekil 6.13'te verilen devre tesisata bağlandıktan sonra butona basılırsa C 2 dolar. C 2 'nin gerilimi PNP transistörü sürer, röle çeker ve lambalar yanar. C 2 boşalınca lambalar söner. 100 kω'luk pot ile lambaların yanma zamanı ayarlanabilir. b. NPN ve PNP transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi: Şekil 6.14'te verilen devrede butona basıldığında A noktasındaki doğru akım C 2 'yi şarj eder. Dolan C 2, T 1 'i sürer. T 1 'in iletime geçmesi PNP tipi T 2 transistörünün beyz ucunun eksi (-) alarak iletime kω 10-33kΩ Elektronik merdiven ışık otomatiği Şekil 6.13: PNP transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi geçmesine neden olur. T 2 iletime geçtiğinde ise röle lambayı/lambaları çalıştırır. C 2 boşaldığında lambalar söner µf c. Transformatörsüz merdiven ışık otomatiği devreleri: Trafolar devrede çok yer kapladığından ve maliyeti artırdığından trafosuz tip merdiven ışık otomatikleri geliştirilmiştir. Trafosuz tip otomatiklerde gerilimin düşürülmesi için AC 220 V'luk girişe nf/350 V'luk Ω A33-47 Ω 33 Ω 1,8 kω 390 Ω 1N4001

83 kondansatörler seri olarak bağlanmaktadır. Bu sayede gerilimin büyük bir bölümü kapasitif reaktansı (X C ) yüksek olan kondansatör üzerinde düşmekte, V'luk kısmı ise zaman rölesi devresine gitmektedir. I. Transistörlü (trafosuz) merdiven ışık otomatiği devresi: Şekil 6.15'te verilen devrede nf'lık kondansatör direnç görevi yaparak gerilimi düşürür. Butona basıldığında devre nötr alarak çalışmaya başlar. C 2 dolunca T 1 iletime, T 2 kesime gider ve lamba söner. C µf buton 220 V R 2 27 k-270 k 100 k R 1 2,7 k 1000 µf16 V BC547 T 1 C 1 klemensler lâmba R3 A 1,5 k R 4 2,7 k BC308 Şekil 6.14: NPN ve PNP transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi T 2 lâmba faz nf 400 V 1N Ω nötr 470 µf / 25 V 5,6 k buton 1N µf 100 V 27 k 470 k 5,6 k BC308 5,6 k 1N4001 BC V röle Şekil 6.15: Transistörlü (trafosuz) merdiven ışık otomatiği devresi 4. Periyodik (arka-arkaya çalışan) zamanlayıcı devreleri: Endüstriyel üretim süreçlerinde bazı makinelerin periyodik olarak çalışması istenir. İşte bu gibi durumlar için mekanik ya da elektronik yapılı sistemler geliştirilmiştir. a. Alıcıyı aralıklı (periyodik) olarak çalıştıran devre: Şekil 6.16'da verilen devre astable multivibratör (flip flop) temellidir. Devrenin çalışmasını basit olarak açıklayacak olursak: İlk anda T 1 'in iletimde olduğunu varsalım. Bu durumda C 1 şarj olmaya başlar. C 1 dolunca T 2 'yi sürer. T 2 iletimdeyken bu kez de C 2 dolmaya başlar. C 2 dolduğunda T 1 iletime geçer. Görüldüğü gibi devre sürekli olarak konum değiştirmektedir. Örnek olarak verilen devrede T 2 transistörünün kolektörüne röle bağlı olduğuna göre alıcı aralıklı olarak çalışıp durmaktadır. Alıcının çalışma zamanını değiştirmek istersek C 1, C 2, R 2, R 3 'ten herhangi birisinin değerini değiştirmemiz gerekir. 83

84 5. Tristörlü zamanlayıcı devreleri a. NPN transistör ve tristörlü gecikmeyle çalışan (turn-on tipi) zaman rölesi devresi: Şekil 6.17'de verilen devrede S anahtarı kapatılınca C dolmaya başlar. C nin gerilimi 0,6-0,7 V düzeyine ulaşınca transistör iletime geçer. R 3 üzerinde oluşan gerilim tristörü tetikler, lamba yanar. Pot ile L nin çalışmaya başlama zamanı ayarlanabilir. Şekil 6.16: Alıcıyı aralıklı olarak çalıştıran devre 6. Triyaklı zamanlayıcı devreleri a. Transistör ve triyaklı merdiven ışık otomatiği devresi: Şekil 6.18'de verilen devrede B'ye basıldığında C 1 kondansatörünün iki ucuna da eksi (-) gideceğinden bu eleman deşarj olur ve P ile R 1 üzerinden tekrar dolmaya başlar. C dolana kadar T 1 kesimdedir. T 1 'in kesimde olması nedeniyle T 2 ve T 3 de kesimde kalır. T 3 'ün kesimde olması T 4 'ün iletim olmasını sağlar. T 4 iletken olduğu anda triyakın G ucuna eksi (-) gider ve bu elemanın A 1 -A 2 uçları arasından geçen akım lambaları çalıştırır. C dolduğu anda T 1, T 2, T 3 iletime geçer. T 3 iletken olduğunda T 4 kesime gider ve lambalar söner. R kω 470 k P C 1 µf BC Ω R 2 47 Ω R 3 MCR100 TIC106 Şekil 6.17: Transistör ve tristörlü turn-on tipi zaman rölesi devresi S AC ya da DC +12 V L R 1 C k 470 k 1000 µf 16 V 10 k BC k 100 k R Mp 10 k BC k 1 k BC nf lâmba Şekil 6.18: Transistör ve triyaklı merdiven ışık otomatiği devresi 84 2,2-10 k BD135 buton BT136 B 1 k sigorta 1N4007 6,8 k/1 W 12 V 47 µf/16 V

85 470 kω 220 kω L C 10 µf - Şekil 6.19: 555 entegreli turnoff tipi zaman rölesi devresi Şekil 6.20: 555 entegreli periyodik olarak çalışan röle devresi 7. Entegreli zamanlayıcı devreleri a. 555 entegreli turn-off tipi zaman rölesi devresi: Şekil 6.19'da verilen devre alıcının 1 s-15 dakika süreli olarak çalışmasını sağlar. Butona basıldığında röle çalışır. Bir süre sonra C kondansatörü deşarj olduğundan röle eski konumuna döner. Devrenin çalışma zamanı, T = 1,1.R.C [s] denklemiyle bulunur. Denklemde, R: Direnç (ohm), C: Kondansatör (farad) cinsindendir. b. 555 entegreli periyodik olarak çalışan röle devresi: Şekil 6.20'de verilen devrede kullanılan kondansatör ve dirençlerin değerine göre entegrenin çıkışının konum değiştirme zamanı ayarlanabilir. c. Op-amp ile yapılan zamanlayıcılar: Op-amplarda 2 giriş ucu bulunmaktadır. (+) giriş ile (-) giriş, uygulanan sinyalleri kıyaslar ve buna göre çıkış verir. Eğer, (+) girişin gerilimi (-) girişin geriliminden biraz büyük olursa op-amp çıkış vererek röleyi sürer. I. 741 op-ampıyla yapılan turn-off tipi zaman rölesi devresi: Şekil 6.21'de verilen devrede butona basıldığı anda kondansatör besleme gerilimi kadar bir değere şarj olur. Bunun sonucunda 3 numaralı (+) girişin gerilimi 2 numaralı (-) girişin geriliminden yüksek olacağından op-amp çıkış verir ve röle çeker. C'nin üzerindeki gerilim pot V üzerinden yavaş yavaş boşalmaya 1N4001 başlar. Bu değer k numaralı girişin BC547 geriliminden aşağı k k değere düştüğü anda +3 op-amp kesime k gider. 100 CµF Not: Op-ampın k 1,5 k numaralı eksi (-) - girişinin gerilimi iki adet gerilim bölücü Şekil 6.21: Op-amplı turn-off tipi zaman rölesi devresi direnç ile besleme geriliminin yarısına düşürülmüştür. 100 µf 8. Dijital entegreli zamanlayıcı devreleri: Lojik (mantık) kapı entegreleri kullanılarak da 85

86 çeşitli zamanlayıcılar yapılabilmektedir. Bu devrelerin tam olarak anlaşılabilmesi için dijital elektronik konularını bilmek gerekir. a. VEDEĞİL (NAND) kapılarıyla yapılan flip flop devresi Ön bilgi: VEDEĞİL kapısının iki girişine de lojik 1 yani 5 V geldiğinde çıkış uçlarının gerilimi 0 V olur. İki girişe de lojik 0 uygulandığında ise çıkış 5 V olur. Şekil 6.22'deki devrenin çalışma ilkesi: N 1 kapısının çıkışının 0 V olduğunu kabul edelim. Bu durumda led 1 yanar. N 1 kapısının çıkışının 0 V olabilmesi için R 2 direnci üzerinde lojik 1 sinyalinin bulunması gerekir. Bu da ancak C 1 kondansatörü şarj olurken mümkün olur. C 1 kondansatörü tam olarak dolduğu anda R 2 üzerinden R 2 3,3 k led C R Ω led µf 100 µf N N 1 C 2 2 R 3 3,3 k Devrede 7400 VEDEĞİL lojik kapı entegresi kullanılmıştır. Şekil 6.22: VEDEĞİL kapılı flip flop devresi akım geçmeyeceğinden, bu elemanda 0 V görülür. R 2 'nin geriliminin 0 V olması N 1 kapısının çıkışını lojik 1 V yapar ve led 1 söner. N 1 'in çıkışının 1 olması C 2 kondansatörünün şarj olmaya başlamasına yol açar. Bu ise R 3 üzerinde bir gerilim oluşturur. R 3 üzerinde oluşan gerilim ise N 2 'nin çıkışını lojik 0 V yapar. N 2 'nin çıkışının 0 V olmasıyla led 2 çalışır. Devre bu şekilde çalışmasını sürdürür. Devrede led yerine düşük akımlı 5 V'luk mini röleler kullanılırsa periyodik çalışan bir sistem oluşturulabilir. (Bu durumda, ledlere seri bağlı 270 Ω'luk direnç iptal edilmelidir.) Sorular 1. Zaman sabitesi nedir? Yazınız. 2. R-L seri devrede akım niçin hemen maksimum değere ulaşamaz? Açıklayınız. 3. R-C seri devrede şarj ve deşarj olaylarını anlatınız. 4. Bir süre çalışıp duran NPN transistörlü zaman rölesi devresini çizerek çalışmasını anlatınız. 5. PNP transistörlü gecikmeyle çalışan devreyi çiziniz. 6. İki transistörlü darlington bağlantılı turn-off tipi (bir süre çalışıp duran) zaman rölesi devresini çiziniz. 5 V 86

87 Bölüm 7: Güç çeviriciler A. DC yi AC ye dönüştüren devreler AC yi DC ye dönüştüren devrelere doğrultmaç denilirken, DC yi AC ye çeviren devrelere ise konvertisör (konvertör, invertör) denir. Konvertisörler, osilatör devresi, trafo ve çıkış ünitelerinin birleşiminden oluşur. (Şekil 7.1'e bakınız.) DC yi, AC'ye çeviren devreler transistörlü, tristörlü ya da entegreli olabilir. Osilasyonlu sinyalleri yükseltip alçaltmaya yarayan transformatör nüveleri ise, alçak frekanslı olarak üretilen (50 Hz-1 khz) devrelerde çelik sacdan, yüksek frekanslı (1 khz ve üzeri) devrelerde ise ferritten yapılır. Çünkü, yüksek frekanslarda çelik saclar büyük kayıplara ve ısınmalara yol açmaktadır. Ferrit nüve ise yüksek frekanslı manyetik kuvvet çizgilerini daha iyi geçirerek verimi yükseltmektedir. osilatör trafo çıkış ünitesi Şekil 7.1: Konvertisör devrelerinin blok şeması Konvertisörlerin kullanım alanları: AC nin depolanması mümkün olmadığından, bu gerilim redresörlerle doğrultularak akümülatörlere doldurulur. Daha sonra konvertisörlerle AC ye Resim 7.1: Transistörlü konvertisör devresi örneği çevrilerek alıcılar çalıştırılır. Yolcu otobüslerinde bulunan TV'lerin, seyyar flüoresan lambalı el fenerlerinin (ışıldak), kesintisiz güç kaynaklarının çalıştırılmasında vb. konvertisörler kullanılır. Konvertisör devrelerinin çıkışından alınan gerilimin frekansının ayarlanabilir olması da ayrı bir üstünlüktür. Frekansın değişmesi AC ile çalışan motorların devir sayısını doğrudan etkilediğinden, devir ayarı yapılmak istenen yerlerde bu tip cihazlar kullanılmaktadır. AC nin yükseltilip alçaltılma şekli: AC sinyaller transformatörlerle yükseltilir ya da alçaltılır. Yani trafolar zamana göre yönü ve şiddeti değişen akımlarla çalışırlar. DC'yi yükseltmek için bu akımın AC sinyal hâline getirilmesi gereklidir. Çünkü transformatörler tek yönlü olarak akan bir akımda çalışmaz. çıkış Konvertisörlerin çalışma ilkesi: Çalışma gerilimi 220/12 V olan bir trafonun primerine önce şekil 7.1'de görüldüğü gibi DC bir gerilim uygulandığını varsayalım. Bu durumda sekonder sarımın uçlarına bağlı olan voltmetre hiç bir gerilim değeri göstermez. Eğer DC üreteç ile primer sargısı arasına bağlı olan S anahtarı hızlı biçimde açılıp kapatılırsa voltmetre ibresi sapmaya başlar. Bunun nedeni: S kapatılınca geçen akım sıfırdan maksimum değere doğru yükselir. Anahtar açılınca ise geçen akım maksimum değerden sıfıra doğru düşer. İşte V S V V trafo V 2 12 V Şekil 7.2: Konvertisörün çalışma ilkesinin basit anahtarlama devresiyle açıklanması V

88 primerden geçen akımın yükselip alçalması bu sargının etrafında oluşan manyetik alanın da değişken olmasını sağlar. Değişken manyetik alan ise trafo nüvesi üzerinden dolaşarak sekonder sargılarında AC gerilim oluşturur. Sekonder sargısına bir ampermetre, voltmetre ya da osilaskop bağlanacak olursa S anahtarının açılıp kapanması sırasında oluşan sinyaller görülebilir. S hızlı kapatılıp açılırsa oluşan sinyalin frekansı ve gerilim değeri de yüksek olur. Ancak, oluşan sinyal sinüsoidal biçimli değildir. Yukarıda anlatılan anahtarlı ilkel yöntem uygulamada kullanılmaz. Onun yerine aynı işlemi otomatik olarak yapan transistör, tristör ya da entegreli devreler geliştirilmiştir. B. AC-AC, DC-AC ve DC-AC-DC (DC-DC) konvertisörler Uygulamada kullanılan konvertisörlerin çıkışından alınan gerilimin şekli isteğe göre AC ya da DC olabilmektedir. Şimdi giriş çıkış gerilimine göre yapılan sınıflandırmaları inceleyelim. a. AC-AC konvertisörler: Devrede girişe uygulanan AC akım diyotlarla DC'ye çevrildikten sonra aküler şarj edilir. Daha sonra bu akım konvertisöre uygulanarak AC'ye çevrilir. Kesintisiz güç kaynakları bu prensibe göre çalışmaktadır. b. DC-AC konvertisörler: Bu tip devrelerde giriş akımı aküden alınarak konvertisöre uygulanır ve çıkıştan AC elde edilir. Taşıtlarda bulunan TV'lerin çalıştırılmasında kullanılan konvertisörler bu prensibe göre çalışmaktadır. c. DC-AC-DC (DC-DC) konvertisörler: Bu tip devrelerde giriş akımı aküden alınarak konvertisöre uygulanır. Konvertisörün çıkışından alınan AC akım diyotlarla tekrar DC'ye çevrilerek çalıştırılmak istenen alıcıya uygulanır. 12 V'luk DC'nin 24 V'luk DC'ye çevrilmesinde kullanılan devreler bu prensibe göre çalışmaktadır. Transistörlü konvertisörler a. Tek transistörlü DC-AC konvertisör: Şekil 7.3'te verilen devreye DC uygulanınca R 1 ve R 2 dirençleri üzerinden alınan polarma akımı N 2 üzerinden geçerek transistörün beyz ucuna ulaşır. Bobin, akımın geçişine indüktif reaktans gösterdiğinden beyzden geçen akım bir süre sonra tepe değere ulaşır. Beyz akımının sıfırdan maksimuma yavaş yavaş artarak ulaşması sonucu kolektörden emitere geçen akım da yavaş yavaş artar. Bu da N 1 bobininden geçen akımın yarattığı manyetik alanın değişken olmasını sağlar. N 1 bobininin manyetik alanı güçlü olduğundan N 2 bobininin üzerinde etki yaparak N 2 üzerinde oluşan E 2 zıt EMK gerilimini yok eder. Bu da N 2 bobininden geçen akımın biraz daha artmasına yol açar. I B akımının artması ise I C akımını daha fazla artırır. Ancak, bobinlerden ve transistörden geçen akımlar maksimum değere ulaşarak sabit akım hâline gelirler. Akımların sabit hâle gelmesi, oluşan manyetik alanların da sabit olmasını sağlar. N 1 bobininin alanının sabitleşmesi bu alanın N 2 üzerinde yaptığı bozucu etkinin ortadan kalkmasına neden olur. N 2 nin oluşturduğu alanın etkisinin ortadan kalkması ise N 1 den geçen 88 Resim 7.2: DC-DC konvertisör +12 V - V,I R 1 R 2 T N 1 N 2 çıkış sinyali Şekil 7.3: Tek transistörlü AC-AC konvertisör devresi t (s) AC N 3

89 akımın normal değerine doğru düşmesine yol açar. N 2 den geçen I B akımının azalması, transistörün I C akımının azaltmasına neden olur. I C akımı azalırken N 1 bobininin üzerinde önceki alanın tersi yönde bir manyetik alan oluşturur. Ters yönlü manyetik alan çok güçlü olduğundan bu, N 2 bobininin üzerinde oluşan zıt EMK gerilimini artırıcı etki yapar. E 2 zıt EMK geriliminin artması ise I B akımını sıfır değerine doğru azaltır. I B nin sıfır değerini alması I C akımını da sıfır yapar. Bu sayede devre başa dönmüş olur. Yukarıda anlatılan durumlar sırayla tekrar tekrar oluşur. N 2 ve N 1 bobinlerinden geçen akımların sürekli olarak çoğalıp azalması bu bobinlerin etrafında değişken manyetik alanlar meydana getirdiğinden sekonder sarımında (N 3 ) AC ye benzeyen gerilim oluşur. Not: Devrenin çıkışına doğrultmaç devresi eklenirse DC-DC konvertisör yapılmış olur. b. İki transistörlü DC-AC konvertisör devresi: Şekil 7.4'te verilen devreye DC uygulandığında ilk anda N 2 ve R 1 direnci üzerinden geçen akımla T 1 transistörünün iletime geçtiğini varsayalım. R 1 'den gelen akım N 1 'den geçerken hemen maksimum değere ulaşamaz. (Maksimum değer ancak 5 τ'luk zaman sonra olur.) N 2 'den geçen akım maksimum değere doğru yükselirken, T 1 iletime geçtiği için, N 1 bobininden de yüksek değerli bir akım akmaya başlar. N 1 'den geçen akımın yarattığı değişken manyetik alan, N 3 bobininde bir gerilim indükler. Bunun yanında N 2 bobininde oluşan manyetik alanı da zayıflatarak N 2 sarımından geçen akımı daha yüksek bir seviyeye çıkarır. N 1 ve N 2 sarımlarından geçen akımlar doyma (maksimum) noktasına ulaşınca N 1 'in etrafında oluşan manyetik alan durgunlaşır. N 1 'in alanının durgunlaşması sekonderde Şekil 7.4: İki transistörlü DC-AC konvertisör devresi oluşan gerilimi sıfıra indirir. Bunun yanında N 1 'in yarattığı alanın N 2 bobininde yaptığı baskı ortadan kalkar ve N 2 'nin akımı azalmaya başlar. N 2 'nin akımı azalırken bu kez de N 1 üzerinde az öncekinin tersi yönde bir manyetik alan kuvveti doğar. N 1 'de doğan ters manyetik kuvvet N 2 üzerinde bu kez yine etkide bulunarak N 2 'den geçen akımı sıfır değerine doğru bastırır. N 2 'den geçen akımın sıfıra inmesi N 1 'den geçen akımı da sıfır yapar. Bu şekilde devre başa dönmüş olur. Ardından N 1 üzerinden geçen küçük değerli akım T 2 transistörünü sürer. Devre biraz önce anlatıldığı şekilde çalışmasını sürdürür. c. Astable (kararsız) multivibratörlü basit DC - AC konvertisör: Şekil 7.5'te verilen devrede C 1 ve C 2 kondansatörleri sayesinde sırayla iletim ve kesime giren transistörler trafonun primer (N 1 ve N 2 ) sargılarından sırayla akım geçmesini sağlar. Primer sarımlarından geçen zıt yönlü akımlar sekonder sarımında AC özellikli bir gerilim oluşturur. Şekil 7.5'te verilen devre deneysel amaçlıdır. Trafo 220/2x12 V'luk olabilir. Sekonderde oluşan gerilim tam sinüsoidal değildir. Ancak AC ile çalışan sistemlerde kullanılmaya uygundur. Alınan AC nin frekansını R2 ve R3 e seri bağlanacak potlarla ayarlamak mümkündür. ç. 12 V DC / 220 V AC konvertisör devresi: Şekil 7.6'da verilen devrenin multivibratör (flip-flop) kısmı Hz arası frekansta kare dalga üretir. Multivibratör devresinin A ve B noktalarından alınan kare dalgalar sürücü transistörlerini tetikler. Sürücü transistörleri ise güç transistörlerini besler. Güç transistörleri trafonun primer sargılarından (N 1 ve N 2 ) yönü sürekli değişen bir akım dolaştırır. N 1 ve N 2 'den geçen akımlar ise sekonderde AC özellikli bir gerilim k V,I 1-10 k çıkış sinyali AC 220 V t (s)

90 doğurur. Devrede çıkış katındaki transistörlerin ve trafonun gücü devreden alınmak istenilen güce göre değiştirilebilir. Çıkışta bulunan birbirine paralel bağlı nf değerli üç kondansatör elde edilen AC'nin sinüsoidale benzemesine yardımcı olur. Çıkış transistörlerinin soğutuculu olması verimi artırır. Şekil 7.6'da verilen konvertisör devresiyle akkor lamba, mini motor vb. çalıştırılabilir. AC N 3 2x12/12 V 4 W 220 Ω-1k N 1 N Ω-1k R 1 R V R 3 R 4 0,1-1 µf k k 0,1-1 µf C 1 C 2 BD135 BD135 T 1 T 2 Şekil 7.5: İki transistörlü DC-AC konvertisör devresi 10 k 470 Ω 470 Ω 8,2 k 8,2 k A 1 µf 1 µf 2x1N4148 BC547 BC547 B BD135 BD Ω sürücü transistör 1 W BD241 sürücü transistör 100 Ω 1 W BD241 güç transistörü 4x2N V/220 V W trafo N 1 N 2 güç transistörü 120 Ω çıkış 220 V 3x150 nf/400 V C. Tristörlü konvertisörler I. İki tristörlü DC - AC konvertisör devresi: Şekil 7.7'de verilen devrede, SCR'leri tetiklemede kullanılan pals üreteci, UJT'li, 555'li, transistörlü astable (kararsız) multivibratörlü vb. olabilir. DC besleme ile çalışan devrede tristörler C kondansatörüyle durdurulmaktadır. (Kapasitif durdurmayı hatırlamak için bölüm 1'e bakınız.) Pals devresi tristörleri sırayla iletime geçirir. SCR 1 iletime geçince C üzerinde birikmiş olan elektrik yükü SCR 2 'yi kesime sokar. C boşaldıktan sonra bu kez diğer yönde şarj olur. SCR 2 'ye tetikleme gelince bu eleman iletime geçer. SCR 2 iletime geçince C üzerindeki elektrik yükü SCR 1 'i kesime sokar. Devre bu şekilde çalışmasını sürdürür. Orta uçlu olarak sarılmış olan primerden geçen akımların iki yönlü olarak akması sekonderde AC gerilim oluşturur. Şekil 7.6: 12 V DC V AC konvertisör devresi V tetikleme palslerini veren devre V,I L SCR 1 SCR 2 çıkış sinyali + + N 1 N Şekil 7.7: İki tristörlü DC-AC konvertisör C + AC N 3 t (s)

91 Ç. Entegreli konvertisörler 1N4001 a. 555 entegreli küçük güçlü DC- DC konvertisör devresi: Şekil 7.8'de verilen devre deneysel amaçlı olup düşük akımlı ( ma) ve küçük güçlüdür. Ayarlı direnç kullanılarak 555'in çıkışından istenilen frekansta bir kare dalga elde edilir. 3 numaralı ayaktan alınan kare dalga ile iletim kesim yapılan transistör trafonun primerinden değişken bir akım geçirir. Bu akımın oluşturduğu manyetik alan sekonderde AC'ye benzeyen bir gerilim oluşturur. Sekondere bağlanan doğrultmaç devresi ise yükseltilmiş çıkışı tekrar DC'ye çevirir. Devrede kullanılan elemanlar değiştirilerek çıkışın akım gerilim değerlerini istenilen seviyeye yükseltmek mümkündür. b. 555 entegreli küçük güçlü DC - AC konvertisör devresi: Şekil 7.9'da verilen DC- AC konvertisör devresinde 555 entegresi kare dalga üretir. Entegrenin 3 numaralı ucundan alınan kare dalga transistörleri sürekli olarak iletim ve kesime sokar. Transistörlerin iletim kesim olması trafonun 12 V'luk sarımlarından değişken akım geçişini başlatır. Trafonun primer sarımlarından geçen değişken akımlar değişken manyetik alan oluşturur. +12 V 100 k - 10 k 47 k n V 100 k - 10 n Şekil 7.8: 555 entegreli DA-DA konvertisör Şekil 7.9: 555 entegreli DC-AC konvertisör Primerde oluşan değişken manyetik alan ince kesitli çok sarımlı sekonder sarımında yüksek AC gerilim oluşturur. Not: Devre deneysel amaçlıdır. D. Elektronik devreli flaşlar Cisimlerin görüntülerinin optik yolla ışığa duyarlı filmlere aktarılmasıyla elde edilen resimlere fotoğraf denir. Fotoğrafçılıkta cismin görüntüsünü net bir şekilde ışığa duyarlı materyale aktarabilmek için yeterli düzeyde ışık kaynağına gerek duyulur. İşte fotoğraf çekimi esnasında kullanılan yapay ışık üreteçlerine flaş denir. Flaşlarda, havası alınmış ve asal gazlar doldurulmuş bir cam gövde içine karşılıklı olarak yerleştirilmiş iki elektrotlu lambalar kullanılır. Lamba V civarındaki gerilimlerle çalışır. Ayrıca, elemanın ışık yaymaya başlayabilmesi için gövdeye üçüncü bir elektrot (yardımcı elektrot) daha yerleştirilir. Bu elektrot tüp boyunca uzanmakta ve kenardaki elektrotlara yakın mesafede bitmektedir. Lambaya gerilim uygulanınca deşarj başlamakta, elektrotlar arasında oluşan elektron 91 1N4007 1N k 1n 220 p 1k BD Ω BC547 BD V trafo 10 k 12 V 12 V 10 k BD135 AC 1N /2x12 V trafo Ω 330 nf 400 V DC 470 µf AC

92 220 µf C V TR 1 2x1N V 220 µf/800 V R 2 1 k C 3 R 4 R k P 1 1 k S 2 yardımcı elektrot deklânşör butonu 500 V flâş lâmbası R 1 22 Ω 250 V C 2 neon lâmba 470 k TR 3 TR 2 C 4 10 nf S 1 elektrotlar V flaş lambası örneği cam gövde Şekil 7.10: Flâş devresi hareketinin etkisiyle yüksek bir ışık doğmaktadır. Yüksek bir ışık yayan flaşlar fotoğraf çekilirken 1/500-1/5 s kadar çalışır. Flaşlarda lambanın çalışmasını sağlayan yüksek DC gerilim, konvertisörlere benzer devrelerle üretilip kondansatörlere doldurulmakta ve fotoğraf makinesindeki çekme butonuna (deklanşör) basıldığı anda kondansatörün yükü flaş lambasının elektrotlarına uygulanmaktadır. Şekil 7.10'da verilen devrede transistörlü basit osilatör devresi ile girişe uygulanan DC gerilim yüksek frekanslı bir AC'ye çevrilerek trafonun primer sargılarına uygulanır. TR 1 trafosunun primerinden geçen değişken akımlar sekonder sargısında yüksek değerli bir AC oluşturur. Sekonderden alınan yüksek gerilim diyotlar tarafından doğrultularak flaşın çalışabilmesi için gereken yüksek DC elde edilir. Neon lamba ışık yaydığında flaşın çalışmaya hazır olduğu anlaşılır. Deklanşör butonuna dokunulunca TR 3 trafosunun primer akımı çok hızlı olarak sıfır değerine ineceğinden bu elemanın sekonder sarımında yüksek değerli bir gerilim oluşur. Bu gerilim flaş lambasının orta elektrodunu (yardımcı elektrot) etkileyerek iyonizasyona neden olur. Tüp içindeki gazın iyonlaşması ise kenarlardaki iki uç arasından akım geçişini başlatır ve geçen akım yüksek bir ışık meydana getirir. E. SMPS sistemli güç kaynakları (switching mode power supply, anahtarlamalı güç kaynağı, KGK) Bilgisayar, TV, video, müzik seti, tıbbî cihaz vb. gibi gelişmiş yapılı elektronik sistemlerin çalıştırılmasında anahtarlamalı güç kaynakları kullanılmaktadır. SMPS esaslı devrelerin çalışma ilkesi I. Girişe uygulanan AC gerilim DC'ye çevrilir. II. DC enerji anahtarlama (aç kapa) yapan transistörlü devreye uygulanır. III. Transistörlü anahtarlama (osilatör) devresi sayesinde DC sinyal khz arası frekanslı kare dalgaya dönüştürülür. IV. Kare dalga switch mode (siviç mod) adlı trafonun primerine uygulanır. 92

93 V. Switch mode (siviç mod) trafosunun primerinden dolaşan akım sekonder sargılarında gerilim indükler. Sekonderden alınan yüksek frekanslı AC gerilim doğrultmaç devresiyle doğrultulur. VI. Şebeke gerilimi azalınca osilatör devresinin oluşturduğu kare dalgalı sinyallerin frekansı otomatik olarak yükselir. Sinyalin frekansının yükselmesi switch mode (siviç mod) trafosunun çıkışının geriliminin aynı seviyede kalmasını sağlar. VII. Şebeke gerilimi artınca anahtarlama transistörlü devrenin oluşturduğu kare dalgalı sinyallerin frekansı otomatik olarak azalır. Sinyalin frekansının azalması siviç mod trafosunun çıkışının aynı seviyede kalmasını sağlar. VIII. Sekonder sargısından çekilen akım aşırı yükselirse geri besleme devresi sayesinde osilatör devresinin oluşturduğu sinyallerin frekansı sıfıra düşer. Frekansın sıfıra düşmesi primer sargıda oluşan alanın sabit olmasına sebep olarak çıkışı sıfır seviyesine indirir. Osilatör çıkışındaki sinyalin sıfır olması, trafonun çıkış vermemesine neden olur. Çünkü trafolar DC benzeyen akımlarla çalışmazlar. IX. Anahtarlamalı güç kaynaklarında trafonun sekonderi tek kademeli olarak sarılırsa bir tek gerilim alınır. Çok kademeli sarım yapıldığında ise, 5, 9, 12, 24...V gibi çeşitli gerilimler alınabilir. SMPS esaslı güç kaynaklarının iyi yönleri I. Şebeke gerilimiyle devrenin şasesi arasında yalıtkanlık sağlanır. Yani devrenin tek hattına dokunulduğunda bedenden akım dolaşımı olmaz. II. Trafoya uygulanan sinyalin frekansı yüksek olduğundan küçük nüveli trafoyla alıcı beslenebilir. III. Bu tip devreler şebeke geriliminin V arasında değişmesine rağmen çıkıştan hep aynı gerilimi verirler. Aynı zamanda yük herhangi bir nedenle aşırı akım çekecek olursa çıkış 0 V olur ve alıcı korunur. IV. Verimleri % 85 dolayında olup çok yüksektir. AC giriş köprü diyot D optokuplör N 1 1 R 2 N 3 T T 2 1 C 1 L 1 R 3 Z V SCR C 1 Z 1 R 4 R 1 D 2 R 5 +5 V N 4 C 2 optokuplör osilatör (anahtarlama) devresi T 3 N 2 trafo N 5 C 3 D 3 N 6 C D V -12 V Şekil 7.11: Anahtarlama (SMPS) esasına göre çalışan güç kaynaklarına ilişkin devre örneği SMPS esaslı devre örneği: Şekil 7.11'de verilen devrede şebekeden alınan AC gerilim doğrultularak osilatör devresi yardımıyla khz'lik sinyal hâline getirilir ve küçük nüveli trafonun primer sargısına uygulanır. Trafonun primer sargılarına seri bağlı durumda olan T 1 transistörü iletimdeyken N sargısından akım geçer. 1 T1 kesime gidince ise N 1 sargısının akımı sıfır değerine iner. 93

94 Akımın azalıp çoğalmasından dolayı ortaya çıkan değişken manyetik alan, sekonderde gerilim indükler. İndüklenen gerilimin değeri sarımların sipir sayılarına göre +5, +12, +24 V şeklinde değişir. Güç kaynağındaki regüle devresinin çalışma ilkesi: Şekil 7.11'deki devrede T2 transistörü karşılaştırıcı olarak +5 V devresinde görev yapmaktadır. R2 direnci ve Z1 zener diyodu +12 V devresinden bir referans gerilimi almakta ve bu referans, T2 transistörünün beyzine uygulanmaktadır. T2 nin emiteri R5 direnciyle -5 V'luk gerilime bağlıdır. T2 iletime geçince kolektöründen geçen akım L1 ledinden geçecektir. L1 ledi primer devresinde bulunan T 3 fototransistörüyle aynı gövde içinde olup optokuplör olarak çalışmaktadır. +5 V ile +12 V çıkışları arasındaki 7 V'luk gerilim farkında oluşacak değişim, L 1 ledinin vereceği ışığın şiddetinin değişmesine yol açar. Sistemdeki entegreleri besleyen -5 V'luk gerilim, fazla akım çekilmesinden ötürü azalırsa +12 ile +5 V arası gerilim farkı artar ve ledin ışığının şiddeti çoğalır. Ledin ışığının artması ise optokuplörün diğer parçası durumunda olan T3 fototransistörden geçen akımı artırır. Bu kontrol mekanizması sayesinde yapılan geri besleme T1 transistörünün iletimini artırıp, trafonun primerine daha çok akım gitmesini sağlarlar. Trafonun primerine gelen akımın artması dolayısıyla sekonderde oluşan akım ve gerilim de artarak, çıkış için gerekli düzeltmenin yapılması sağlanır. Devreye uygulanan şebeke gerilimi yükselirse: Şebekede oluşan ani gerilim artışı +12 V çıkışında kendini gösterir. Z 2 zener diyodu iletime geçip SCR nin G ucuna tetikleme akımı gönderir. SCR iletime geçerek +12 V ile toprağı kısa devre eder. Bu olay, kontrol devresinin osilatörünü durdurup girişi kapatmasına, dolayısıyla çıkış geriliminin kesilmesine neden olur. Çok kısa zaman aralığında oluşacak bu kesilme, kondansatörler aracılığıyla bilgisayarlardaki RAM (geçici) belleklerin korunmasını sağlayabilir ise de akım kesilmesi uzun sürdüğünde bilgisayarın çalışması anormalleşebilir. Fakat bilgisayarın hassas devreleri yüksek voltajın ortaya çıkaracağı sakıncaya karşı korunmuş olur. (Gerilim normale dönene kadar bazı SMPS modellerinin içinden klik-klik sesleri duyulur.) Özet olarak, SMPS lerde şebeke gerilimi, önce DC ye, sonra yüksek frekansa çevrilip bir trafoya verilmekte, istenen gerilimler regüle ve koruma devrelerinden geçirilerek alıcıya aktarılmaktadır. F. Kesintisiz güç kaynakları (KGK, UPS) Tıbbî cihaz, bilgisayar gibi anî enerji kesilmelerinde çalışma sistematiği çok kolay bozulabilen araçları şebeke akımı kesildikten sonra belli bir süre daha çalıştırabilmek için yapılmış devrelere kesintisiz güç kaynağı denir. Bu cihazlar, Doğrultmaç + regülatör + akü şarj devresi + akümülatör + konvertisör + filtre + doğrultmaç devresinin birleşiminden oluşur. KGK'ların güçleri watt cinsinden değil VA cinsinden belirtilir. Çünkü alıcıların hepsi omik tip değildir. İndüktif özellikli alıcılar çektikleri enerjinin bir kısmını reaktif güç olarak harcar. Bu nedenle 250 VA'lik bir KGK ile indüktif (bobinli) özellikli bir alıcı beslenecek olursa, KGK'nın verebileceği aktif güç 250 W'tan % kadar daha az olur. KGK, bilgisayarın olumsuz enerji koşullarından korunması için gürültüyü (şebekedeki dalgalanmalar) filtrelemenin yanı sıra AC kesintisi sırasında düzenli enerji sağlama yoluyla bilgi aktarma işlemlerinin devamlılığına imkân vererek veri hatalarını önleyen bir cihazdır. 94 Resim 7.3: Kesintisiz güç kaynakları

95 KGK ların işlevinin anlaşılmasındaki en büyük yanlışlardan biri jeneratörlerle karıştırılmalarıdır. Şu bilinmelidir ki KGK (UPS) kesinlikle jeneratör değildir. KGK ların kullanım amacı elektrikler kesildikten sonraki 5-30 dakika içinde acil işlemleri tamamlamak için kullanıcıya zaman kazandırmaktır. Yani KGK lar, jeneratörler gibi uzun süreli enerji sağlamazlar ve kullanım amaçları da zaten bu değildir. KGK ların yararları: Ülkemiz enerji açısından oldukça sorunludur. Her ne kadar sık elektrik kesintileriyle karşılaşmasak da uzun süreli yüksek ya da düşük gerilim, anî voltaj sıçramaları ve frekans değişiklikleri gibi sorunlarla sık sık karşılaşmaktayız. Yeterli koruması bulunmayan cihazlar bu durumlarda şu sorunlarla karşılaşılır: I. Güç kartları yanabilir. II. Ekranlar bozulabilir. III. Sabit diske yazarken elektrikler kesilirse tüm bilgiler yok olabilir. IV. Bilgisayarda kurulu yazılımlar bozulup kullanılamaz hâle gelebilir. Karşılaşılan tüm bu sorunların giderilmesi, arızaların onarılması için katlanılan maddî kayıplar KGK ya verilecek tutarın çok üzerinde olabilir. İyi bir KGK ise sadece elektrik kesildiğinde enerji sağlamakla kalmaz, sayılan bu sorunları da çözer. Şebeke koşullarının yetersiz olduğu yerlerde ise KGK kesinlikle bir lüks değil, ihtiyaçtır. KGK'larda bulunan elemanların görevleri I. Redresör: Aküyü şarj etmek amacıyla alternatif akımı doğru akıma çevirir. II. Akü: Elektrik enerjisini depolar ve kesinti anında devreye girerek enerji verir. III. Konvertisör: Akü çıkışındaki doğru akımı alternatif akıma çevirir. IV. Yüksek gerilim bastırıcı devresi: Şebekeden kaynaklanabilecek anlık yüksek gerilimleri bastırarak cihazlar için tehlikeli olmayacak seviyelere indirir. V. Filtre devresi: Şebekeden ya da elektronik düzeneklerden kaynaklanabilecek bozuk işaretleri (gürültü) süzerek temiz bir çıkış işareti verir. VI. Otomatik voltaj regülatörü (OVR): Voltajı regüle eder. Düzensiz şebeke gerilimine neden olan unsurlar şunlardır: I. Doğal afetler: Fırtına, yıldırım ve elektrik şokları, tayfun, deprem gibi doğal afetler enerji sorunlarına yol açar. II. Kötü kablolu tesisatlar ve çevredeki indüktif tip alıcılar: Endüstriyel alanların, ya da tesislerin çevresinde motor, kaynak makineleri ya da diğer makinelerin kullanılması sonucu ortaya çıkan çok yüksek ya da alçak geçiş voltajları ve gürültüler. KGK satın alırken dikkat edilmesi gereken noktalar şunlardır: I. Elektrik kesilmesinde yeterli bir süre enerji sağlamalı ve voltaj düşmesi sorununu çözebilmelidir. II. İstikrarlı enerji ve filtreleme sağlayabilmeli, anlık voltaj yükselmelerini bastırabilmeli ve gürültüyü (elektriksel parazitleri) bastırabilmelidir. III. Aşırı yüklemeye, akü zayıflamasına karşı korumalar içermeli, ışıklı ya da sesli uyarı vermelidir. IV. Giriş voltajının en az ± % 10 luk değerlerini regüle edebilmelidir. V. Şebeke enerjisi kesildikten sonraki dayanma süresi en az 5-30 dakika arasında olmalıdır. 95

96 VI. TÜV, UL, CSA, EMI, FCC gibi güvenlik onayları olmalıdır. VII. Seçilecek KGK nın gücü cihaza bağlanacak aygıtların toplam gücünün 1,25 katı olmalıdır. VIII. Teknik servis desteği bulunmalıdır. Yüksek kaliteli KGK'da bulunması gereken özellikler şunlardır: I. Transfer (devreye girme) süresi çok kısa olmalıdır. II. Voltaj regülatörleri sayesinde giriş geriliminde ± % 25 lik bir değişiklik olması durumunda düzenli çalışmalıdır III. Voltaj sıçramalarına karşı koruma ve fıltreleme yapabilmelidir. IV. Giriş frekansının ± % 5 arasındaki değerlerini regüle edebilmelidir. V. Çıkış voltajı sabit olmalıdır. VI. Mükemmel çıkış frekans regülasyonu ± % 0,5 Hz olmalıdır. VII. Aküsü kuru tip olmalı ve bakım istememelidir. VIII. Akü kullanıldığında, zayıfladığında ya da aşırı yük uygulandığında sesli uyarı vermelidir. IX. Aşırı yük seviyesi % 130 olduğunda şebekeye transfer, % 150 olduğunda kapanma özelliği bulunmalıdır. X. Şebekeyle eş zamanlı düzgün bir sinüsoidal dalga üretmelidir. KGK kullanırken dikkat edilmesi gereken noktalar şunlardır: I. KGK'lar temiz, tozdan uzak ve havadar bir ortamda kullanılmalıdır. II. KGK'lara kesinlikle lazer yazıcı ya da fotokopi makinesi bağlanmamalıdır. Bu cihazlar özellikle ilk açıldıklarında fazla akım çektiklerinden KGK ya zarar verebilirler. III. Cihaz kullanılmadan önce kullanma kılavuzu mutlaka okunmalıdır. IV. Cihaz mutlaka topraklı prize bağlanmalı ve bağlanmadan önce toprak hattı kontrol edilmelidir. V. Cihaza kesinlikle besleyebileceğinden fazla yük bağlanmamalıdır. Bazı elektronik aygıtların görünür güç (S) değerleri şu şekildedir: 14''-15'' renkli ekran: VA Belgegeçer (faks): VA Vurmalı yazıcı: VA Tarayıcı: VA Yazar kasa: VA Çok işlevli (multimedya özellikli) bilgisayar: 500 VA Sorular 1. Konvertisör nedir? Anlatınız. 2. KGK nedir? Anlatınız. 3. SMPS ilkesine göre çalışan güç kaynaklarının üstünlüklerini yazınız. 96

97 Bölüm 8: Transdüserler ve sensörler A. Transdüser ve sensör kavramları Günlük yaşamda ve endüstriyel üretim süreçlerinde yüzlerce elektrikli ve elektronik aygıtla içiçe yaşıyoruz. İnsan yaşantısını kolaylaştıran, üretimi kolaylaştıran bu cihazların düzenli ve otomatik olarak çalışmasını sağlamak için sensör (algılayıcı) ve transdüser (dönüştürücü) adı verilen elemanlardan yararlanılmaktadır. Algılanacak unsurlar, basınç, sıcaklık, nem, ışık, uzaklık, buhar, duman, renk, metal, yalıtkan vb. şeklinde olabilir. Günümüzde hemen hemen her türlü unsuru algılayabilecek sensör sistemleri geliştirilmiştir. Sensörler tarafından algılanan değerler tek başına bir şey ifade etmez. Yani, sensörlerin algıladığı bilgiler başka elemanlarla (transistör, tristör, triyak, op-amp vb.) kullanılır hâle getirilir. Özetlersek: Ortamdaki bir değişikliği algılayan elemanlara sensör, algılanan değeri başka bir enerjiye çeviren elemanlara ise transdüser denir. Aslında, sensör ve transdüserleri kesin çizgilerle birbirinden ayırmak mümkün değildir. Şöyle ki; dinamik mikrofon sesi algılayan bir sensördür. Öte yandan, ses dalgalarını, içindeki bobin aracılığıyla elektrik akımına dönüştürdüğü için bir transdüserdir. Dış etkilerin algılanabilmesi için kullanılan araçları temelde iki bölümde incelemek mümkündür. I. Devrenin girişine bağlananlar: Mikrofon, LDR, PTC, NTC, fotodiyot, fototransistör, VDR vb. II. Devrenin çıkışına bağlananlar: Hoparlör, lamba, zil, led, röle vb. 1. Transdüser ve sensör çeşitleri: Uygulamada çeşitli transdüser ve sensörler kullanılır. Şimdi bunları inceleyelim. a. Direnç tipi transdüser ve sensörler I. Gerilime duyarlı dirençler (VDR, varistör, voltage dependent resistor): Gerilim yükselince direnci hızla azalarak geçirdiği akım artan elemanlardır. Başka bir deyişle gerilim düşükken VDR'nin direnci çok yüksektir. Gerilim değeri yükseldiğinde ise direnci hızla azalır. Özellikle îmal edildikleri gerilim değerinin üzerinde bir gerilimle karşı karşıya kaldıklarında dirençleri hızla küçülerek üzerlerinden geçirdikleri akımı artırırlar. İşte bu özellikleri sayesinde bağlandıkları devreyi aşırı gerilimden korurlar. VDR'ler yüksek sıcaklıkta sıkıştırılmış silisyum karpit tozlarından yapılır. Gövdeleri genellikle disk biçimlidir. Bobinleri, röleleri, trafoları, transistör, tristör, anahtar vb. gibi elemanları anî gerilim artışlarının getirdiği zararlı etkilere karşı korumak için adı geçen elemanlara paralel bağlanarak kullanılır. Şekil 8.2'de trafonun primerinin VDR ile yüksek gerilimlere karşı korunması gösterilmiştir. VDR'lerin kullanım alanlarına ilişkin örnekler: AC ve DC şebeke gerilimindeki anî darbe gerilimlerini bastırmak. Röle, bobin gibi elemanların bobinlerini aşırı gerilimlere karşı korumak. 97 v Şekil 8.1: VDR sembolleri Resim 8.1: Çeşitli VDR'ler VDR transformatör Şekil 8.2: VDR ile trafonun yüksek gerilime karşı korunması

98 Yarı iletken esaslı devre elemanlarını (diyot, transistör vb.) aşırı gerilimlere karşı korumak. II. LDR (light dependent resistance, fotodirenç): Işıkta az direnç, karanlıkta yüksek direnç gösteren devre elemanlarına LDR denir. Başka bir deyişle aydınlıkta LDR'lerin üzerinden geçen akım artar, Resim 8.2: LDR'ler karanlıkta ise azalır. LDR lerin karanlıktaki dirençleri bir kaç MΩ (yaklaşık 1 MΩ), aydınlıktaki dirençleri ise 100 Ω-5 kω düzeyindedir. Resim 8.2'de LDR örnekleri verilmiştir. III. Rezistans (direnç) tipi sıcaklık sensörleri: Yüksek sıcaklıkların ölçülmesinde kullanılan elemandır. Not: Rezistans tipi sıcaklık sensörleri 4. bölümde açıklanmıştır. b. İndüktans tipi (manyetik) transdüser ve sensörler 1. Bobinli basit manyetik sensörler: Bir bobinin içinde bulunan nüvenin konumu şekil 8.3'te görüldüğü gibi değiştirildiği zaman bobinin indüktansı değişmektedir. İşte bu prensipten yola çıkılarak manyetik sensörler geliştirilmiştir. Bu durumu basit deneylerle anlayabiliriz. Bir kaç yüz sipirlik bir bobini alalım ve bunun içine nüve yerleştirerek AC 12 V uygulayıp geçen akımı ölçelim. Daha sonra bobinin içindeki nüveyi yavaş yavaş çıkaralım. Bu işlem sırasında ampermetrenin gösterdiği akımın değerinin arttığı görülür. Akımın artmasının nedeni: Bobine uygulanan akım bir manyetik alan oluşturur. Bu alan bobinin içindeki elektronlara ters yönde baskı uygulayarak akımın geçişine karşı koyar. Bobin içindeki nüve çıkarılınca manyetik kuvvet çizgileri havadan çok zor geçeceğinden elektronlara etkide bulunan manyetik kuvvet çizgilerinde büyük bir azalma olur. İşte bu sebepten dolayı nüvesi alınan bobinler fazla akım çeker. Yükselteç devrelerinde kullanılan hoparlör ve mikrofonlar da aslında birer basınç algılama ve basınç üretme elemanıdır. Şöyle ki; mikrofon ses dalgalarının yarattığı basıncı elektrik sinyallerine çevirir. Hoparlör ise elektrik sinyallerini basınca dönüştürür. 2. Elektronik devreli manyetik yaklaşım sensörleri (indüktif sensörün elektronik devresi yaklaşım anahtarı, proximity switch): Hissetme (algılama) yüzeylerinin bulunduğu tarafta ve hissetme mesafesi içinde kalan metal cisimleri algılama özelliğine sahip elektronik anahtarlara yaklaşım sensörü denir. Eski otomasyon donanımlarında mekanik yapılı sınır anahtarları kullanılmaktadır. Günümüzün modern kumanda sistemlerinde ise yarı iletken temelli, hareketli kontağı olmayan sınır anahtarları 98 hareketli nüve bobin AC Şekil 8.3: Bobinli basit manyetik sensör Resim 8.3: Elektronik devreli indüktif sensör (proximity switch) örnekleri

99 I II giriş ç sensör kısmı a. Osilatör bobini b. Demodülatör (sinyal düzenleyici) anahtarlama kısmı c. Tetikleyici ç. Yükselteç Şekil 8.4: İndüktif yaklaşım sensörlerinin yapısı yer almaktadır. İndüktif yaklaşım anahtarları temel olarak şekil 8.4'te görüldüğü gibi iki kısımdan oluşur. I. Sensör kısmı: Esas olarak yüksek frekanslı bir osilatör ve bir demodülatörden (sinyal düzenleyici) oluşur. Osilatör, algılama yüzeyi bölgesinde yüksek frekanslı bir manyetik alan üretir. Bu manyetik alan içine giren metal cisimler, sensörün hissetme yüzeyine yakınlıklarıyla orantılı olarak, sensörün besleme kaynağından çektiği akımı değiştirirler. II. Anahtarlama kısmı: Bir tetikleme devresi ve yükselteçten oluşur. Sensör devresinin çıkış akımındaki değişmeler, tetikleme devresini çalıştırarak yükselteci besler. Yükselteç ise çıkışta bulunan röle, lamba, bobin gibi alıcıları sürer. İndüktif yaklaşım sensörünün sınır anahtarına göre bazı üstünlükleri I. Boyutlarının küçük olması nedeniyle mekanik anahtarların kullanılamayacağı yerlerde kullanılabilir. II.Yüksek frekanslarda güvenle çalışma imkânı sağlar. III. Koruma sınıflarının yüksek olması sayesinde nemli ve kirli ortamlarda güvenle çalışır. IV. Hareket eden parçaları olmadığından ömrü uzundur. V. Mekanik anahtarlardaki kontak kirlenmesi ve aşınmaların yarattığı kontak direnci, kontak kapanması sırasındaki kontak zıplamalarının (titreşme) yarattığı sorunlar indüktif yaklaşım sensöründe yoktur. VI. Bilgisayar kontrollü sistemlere (PLC vb.) doğrudan bağlanabilir. VII. Patlama olasılığı olan, kıvılcımdan etkilenen yerlerde ve yüksek sıcaklıklarda kullanılabilirler. metal sensör sensör kahverengi/kırmızı siyah/beyaz mavi/siyah çıkış yük Şekil 8.5: İndüktif yaklaşım sensörlerinin bağlantısının yapılışına ilişkin örnek V - 3. Alan etkili transdüserler (hall etkili dönüştürücü, hall alan sondası): Yarı iletken temelli bir maddenin karşılıklı iki ucuna gerilim uygulandıktan sonra elemana manyetik alan yaklaştırılırsa dönüştürücünün alt ve üst uçlarında gerilim oluşmaktadır. Hall etkili dönüştürücülerde gerilimin oluşumu: Üzerinden elektrik akımı geçen bir levha şekil 8.6'da görüldüğü gibi, dik olarak manyetik alan kuvvet çizgileri tarafından kesilirse levhanın alt ve üst uçları arasındaki elektron yoğunlukları farklılaşır. Bu ise üst ve alt uçlar arasında bir gerilim oluşmasına yol açar. Oluşan gerilim manyetik 99

100 manyetik alan + U CC çıkış yükselteç I V şase, ground Şekil 8.6: Manyetik alan içine konulan hall alan sondasında akımın oluşması ve sonda örnekleri alanın şiddeti ve levhanın boyutlarıyla ilgilidir. Hall alan sondasının bazı kullanım alanları şunlardır: I. Fırçasız DC motorlarının millerinin konumunun belirlenmesi, II. Alarm devreleri, III. Elektronik ateşlemeli benzinli motorlar, IV. Bilgisayar disk sürücüleri, V. Dönen sistemlerin kontrolü (devir sayma, güvenlik vb.) nüve 4. LVDT ler (lineer varyabl diferansiyel transformatör transdüserler): Hareket enerjisini elektrik enerjisine çevirmede kullanılan elemanlardır. Bilindiği gibi bobinlerin nüvesi hareket ettirildiğinde indüktansı, kondansatörlerin dielektriği hareket ettirildiğinde kapasitesi değişmektedir. İşte LVDT ler bu prensiplerden hareket edilerek üretilmiştir. LVDT'ler, doğrusal hareketlerin, basıncın, maddelerin kalınlığının ölçülmesinde sensör olarak kullanılır. Şekil 8.7'de basıncın algılanmasında kullanılan LVDT düzeneği verilmiştir. Şekil 8.8'de depoda bulunan sıvının seviyesinin LVDT ile algılanması verilmiştir. Resim 8.4'te uygulamada kullanılan çeşitli LVDT'ler verilmiştir. LVDT düzeneği LVDT basınç algılayıcı diyafram nüve mili basınç bağlantısı Şekil 8.7: Bobin kullanılarak yapılmış LVDT ile basıncın algılanması c. Kapasitif yapılı transdüserler ve sensörler sıvı hareketli nüve 1. Levhalı basit kapasitif sensörler: Kondansatör plakalarından birine basınç geldiğinde plakalar birbirine Şekil 8.8: Bobin kullanılarak yapılmış LVDT ile depodaki sıvının seviyesinin belirlenmesi yaklaşacağı için elemanın kapasitesi değişir (şekil 8.9-a). İşte bu prensipten yararlanarak endüstriyel kumanda ve kontrol sistemleri için kapasitif sensörler yapılmıştır. Kondansatörlerin kapasite değerinin bulunmasında kullanılan denklem: C = (0,22.A.k)/d [pf] şeklindedir. Denklemde, A: Kondansatör plakalarının alanı, 100 Resim 8.4: Endüstriyel otomasyon donanımlarında kullanılan LVDT örnekleri

101 d: Plakaların arasındaki uzaklık, k: Ortamın (plakalar arasındaki maddenin) dielektrik katsayısıdır. Denklemde görüldüğü üzere plaka yüzeylerinin büyümesi ya da plakalar arası mesafenin kısalması kapasite değerini yükseltir. esnek plâka hareketli plâka hareketli plâka sabit plâka (a) (b) (c) (ç) Şekil 8.9: Levhalı basit yapılı kapasitif sensörlerinin yapısına ilişkin örnekler Şekil 8.9'da verilen kondansatör örneklerinde görüldüğü gibi plakanın biri sabit, diğeri hareketlidir. Hareketli plaka herhangi bir dış etkiyle (basınç, itme, çekme vb.) konum değiştirdiğinde kondansatörün kapasitesi değişir. Kondansatöre AC özellikli akım uygulanırsa, kapasitenin değişmesi reaktansı da (X C ) değiştireceğinden düzenekten dolaşan akım değişir. İşte akımın değişmesi elektronik devrelerle yükseltilip herhangi bir alıcı çalıştırılabilir. Uygulamada kapasitif sensörler kullanılarak hırsız alarmı, basınç ölçer, ağırlık ölçer vb. yapılabilmektedir. Resim 8.5: Elektronik devreli kapasitif yaklaşım sensörleri Şekil 8.10: Elektronik yapılı kapasitif sensörlerin buğday deposundaki seviyeyi ölçmede kullanılışının basitçe gösterilişi 2. Elektronik yapılı, kapasitif yaklaşım sensörleri: Otomasyon donanımlarında yaygın olarak kullanılmaya başlayan elemandır. Metal olmayan maddelere (cam, tahta, gıda maddeleri vb. gibi) yaklaştırılan sensör ile, röle, lamba, tristör, triyak gibi elemanlar sürülebilmektedir. Resim 8.5'te kapasitif yaklaşım sensörleri verilmiştir. Yalıtkan maddeleri algılama mesafesi 1-10 mm arasında değişen sensörler otomasyonda büyük kolaylık getirmiştir. Örneğin bir kümesteki tavukların beslenmesinde kullanılan yemlerin otomatik olarak yemliklere doldurulmasıyla ilgili devrede şekil 8.10'da görüldüğü gibi kapasitif sensör kullanılması sisteme büyük kolaylık sağlamaktadır. Kapasitif sensör seçimi yapılırken neyin sürüleceği (çalıştırılacağı) çok önemlidir. Yani, küçük gerilimli (DC 12 V) bir röleyi çalıştırmak istiyorsak sensör seçerken bunu göz önüne almamız gerekir Not: Kapasitif yaklaşım sensörlerinin bağlantı şemaları indüktif yaklaşım sensörlerinin bağlantısıyla hemen hemen aynıdır. Diğer transdüser çeşitleri a. Termistörlü transdüserler: Isıya duyarlı PTC ve NTC gibi elemanlar kullanılarak 101

102 yapılmıştır. Ortamdaki ısı değişimlerinin algılanmasında kullanılan bu eleman sanayi tesislerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Not: PTC ve NTC olarak adlandırılan termistörlü transdüserler 1. bölümde açıklanmıştır. b. Termokupllu transdüserler: İki farklı metal birleştirildikten sonra birleşim yüzeyi ısıtıldığında metallerin uçlarında küçük değerli bir gerilim doğmaktadır. İşte bu endüstriyel sistemlerde çok yüksek sıcaklıkların ölçülmesini sağlayan termokuplları ortaya çıkarmıştır. Not: Termokupl, pirometre gibi ısı algılayıcı transdüserler 4. bölümde açıklanmıştır. c. Foto elemanlı transdüserler Not: LDR, fotodiyot, fototransistör, fototristör, fototriyak, optokuplör, optointerraptır gibi ışığa duyarlı elemanlara fototransdüser adı verilmektedir. Endüstriyel sistemlerde yukarıda adı geçen elemanlar kullanılarak ışıkla kontrol edilen bir çok devre kullanılmaktadır. ç. Radyasyon (ışınım) transdüserleri I. Radyasyon pirometreleri: Radyo dalgaları, X ışınları, kızıl ötesi ve ultraviole ışınlarının hepsi elektromanyetik dalgalar olup, elektromanyetik spektrumun (tayf) bir bölümünü oluştururlar. Işınların arasındaki tek fark frekanslarıdır. Bir cisim ısıtıldığında elektromanyetik enerji yayar. Düşük sıcaklıklarda bu enerji yayımı (radyasyonu) hissedilebilir. Sıcaklık yükseldikçe ise cisim gözle görülebilir (ışık şeklinde) kızıl ısıdan sarıya ve ondan da beyaz ısıya geçen bir ışınım yayar. Yayılan bu ışınım, sıcaklığı ölçmede kullanılan sensörler tarafından algılanabilir. Başka bir deyişle sarı renkte ışıldayan bir cismin mat kırmızı renkte ışıldayan cisimden daha sıcak olduğu söylenebilir. İşte radyasyon pirometreleri ölçme yaparken bu ışınımdan yararlanır. Şekil 8.12'de ve resim 8.6'da gelen ışınım ıs ı yayan cisim termokupl görülen pirometreler, hareket hâlinde bulunan bir cismin sıcaklığının ölçülmesi ya da klasik bir sensörü bozabilecek bir ortamın olması durumunda sıcaklığı, temas etmeksizin ölçmemizi sağlar. Radyasyon pirometresinin çalışma ilkesi şöyledir: El tipi pirometreler ısı yayan yüzeye odaklandığı anda cihazda bulunan bir mercek düzeneği gövde içinde bulunan termokupla ışınımı odaklanmış olarak gönderir. Termokuplun ısıya bağlı olarak ürettiği elektrik akımı elektronik devreler tarafından güçlendirilerek göstergeye iletilir. d. Kimyasal sensör ve transdüserler I. Nem sensörleri: Ortamın nemini elektriksel büyüklüğe çeviren elemanlardır. Resim 8.7'de nem sensörleri görülmektedir. 102 delik ısı algılayıcı Şekil 8.11: Uzaktan sıcaklık algılayan radyasyon pirometresinin prensip şeması yansıtıcı mercek Şekil 8.12: Uzaktan sıcaklık algılayan radyasyon pirometresinde ışınımların mercek ile termokupla yansıtılması göz merceği Resim 8.6: Uzaktan sıcaklık ölçümü yapabilen portatif pirometre

103 Nem ölçme ile ilgili devre örnekleri Toprağın nemini algılayan basit devre: Şekil 8.13'te verilen devrede iki tel parçası nemi ölçülecek toprağa sokulur. Toprağın nem oranı yükselince lamba yanar. Beyze seri bağlanacak trimpot ile devrenin hassasiyeti ayarlanabilir. Resim 8.7: Nem sensörleri Nem algılayıcı flaşör devresi: Şekil 8.14'te verilen devrede nem sensörüne su geldiğinde akım geçiş olur ve bu T 2 transistörünün beyzinin akım almasını sağlar. T 2 'nin beyzinin akım alması multivibratör (flip flop) devresinin çalışmaya başlamasını sağlar ve lamba yanıp söner. nemli toprak k T 1 L T V II. Gaz sensörleri: Yüksek sıcaklığa maruz kalan yarı iletken özellikli metal, kalay ve çinko oksitleri metan, etanol ve benzol gazlarına karşı tepki gösterirler. Gaz sensörleri işte bu olaydan hareket edilerek geliştirilmiştir. Şekil 8.15'te gaz sensörünün sembolü ve iç yapısı gösterilmiştir. Resim 8.8'de gaz sensörü örnekleri verilmiştir. Gaz sensörü, 300 C'a kadar ısıtılan bir rezistans, milimetrik büyüklükteki seramik tablet ve karşı elektrottan oluşur. Gaz sensörünün içindeki düzenekler gaz ile karşılaştığı zaman direnci değişerek diğer elektronik sistemleri harekete geçirmektedir. pencere yağmur sembol 2xNPN Şekil 8.13: Toprağın nemini algılayan devre kumaş basit nem sensörü Pratikte kullanılan gaz alarm aygıtının özellikleri: ısıtıcı Resim 8.9'da görülen cihaz, propan yalıtkan gövde (C 3 H 8 ), isobütan (C 4 H 10 ), metan (CH 4 ) ve bunların karışımı olan sıvılaştırılmış petrol gazı, hava gazı, Şekil 8.15: Gaz sensörünün sembolü ve iç yapısı doğalgaz, ayrıca hidrojen (H 2 ), etil alkol (C 2 H 5 OH) gibi gazlara karşı duyarlı olup, sızıntıları tehlike sınırlarına ulaşmadan önce algılayarak haber verebilmektedir. AC 220 V ile çalışan ve duyarlılık düzeyi ayarlanabilen sensörler 103 sensör 4,7 k T 1 BC547 Şekil 8.14: Nem algılayıcı flâşör devresi çelik 1 k 100 µf µf 2,7 k T 1 BC547 asil madenden tel çubuk algılayıcı 9-12 V

104 îkazı sesli ya da ışıklı olarak verebilir. Bilindiği gibi doğal gaz ve sıvılaştırılmış petrol gazları hava ile belli oranlarda karıştırıldıklarında patlayıcı olmaktadır. Bu oranlar doğal gaz için % 5-15 ve propan için % 2-9,5'tir. Bu nedenle patlama tehlikesi riskini ortadan kaldırmak üzere dedektörün hassasiyet düzeyi % 0,3 oranındaki gaz kaçağını algılamaya ayarlanmıştır. Doğalgazın havadan daha hafif, tüplerde bulunan LPG gazının ise havadan daha ağır olması nedeniyle cihazın yerden montaj yüksekliği önem kazanmaktadır. Bu sebeple doğal gaz kullanılan yerlerde cihazın tavana yakın, LPG (tüp gaz) kullanılan yerlerde ise tabana yakın monte edilmesi gerekmektedir. Cihazın ilk çalıştırılışında duyulan sinyal sesi, aletin elektronik olarak kendisini dengelemesinden sonra birkaç saniye içinde kesilecek ve aygıt duyarlı hâle gelecektir. Resim 8.8: Gaz sensörü örnekleri Not: Burada anlatılanlar Siemens marka gaz alarm dedektörleri için geçerlidir. Gaz sensörlü alarm devresi: Şekil 8.16'da verilen devrede ortamdaki gaz oranı artınca gaz sensörünün geçirdiği akım artar. 1kΩ'luk gaz alarm aygıtı Resim 8.9: Gaz alarm aygıtı pot üzerinde oluşan gerilim tristörü sürer ve röle çalışarak istenilen alıcıyı devreye sokar. Ortamda bulunan gaz miktarı azalsa bile röle çalışmaya devam eder. Çünkü, bilindiği gibi tristörler DC ile çalışırken bir kez tetiklendiklerinde sürekli olarak iletimde kalırlar. gaz sensörü AC 220 V 1N4001 1N4001 reset (kurma) röle 10 V 100 ma 100 µf/16 V BRX49 Şekil 8.16: Gaz sensörlü alarm devresi örneği B. Ultrasonik transdüserler 16 Hz-20 khz arası frekanlara sahip sinyalleri işitebiliriz. Bunlara ses frekansı diyoruz. 20 khz'den fazla frekanslara sahip işitilemeyen sinyallere ise ses üstü dalgalar anlamında ultrasonik dalgalar ya da ultrases denilmektedir. Endüstriyel sistemlerde ultrases kullanılarak uzaktan kumanda, kontrol işlemleri yapılabilmektedir. Ultrases ile çalışan devrelerde 36 khz ve 40 khz frekanslı sinyal kullanımı 104

105 yaygındır. Ultrasonik sinyaller, saydam bile olsa fiziksel engellerden geçememektedirler. İşte bu nedenle ultrasonik sisteme göre çalışan alıcı ile verici arasında herhangi bir engelin bulunmaması gerekir. Ultrasonik alıcı ve vericiler: İnsan kulağının işitme sınırının üzerindeki ( Hz ve üzeri) seslere (mekanik titreşimlere) ultrases denir. Bu ses dalgalarıyla, uzaktan kumanda, bilgilerin iletkensiz aktarılması, alarm devreleri vb. yapılabilir. Herhangi bir taşıyıcı olmaksızın havadan Hz'ye kadar olan frekanslarda çalışma mümkün olmaktadır. Frekans daha fazla yükseldikçe ise bilgi aktarmadaki verim düşmektedir. verici alıcı Şekil 8.17: Ultrasonik verici ve alıcı sembolleri Ultrasonik transdüserlerin yapısı: Ultrasonik ses çıkartan ya da bu sese karşı duyarlı olan (piezoelektrik maddelerden üretilmiş) devre elemanları mevcuttur. Bunlar, elektrik sinyallerini ultrasonik seslere çevirmede ve ultrasonik sesleri elektrik sinyallerine çevirmede kullanılırlar. Verici olarak çalışan bir elemana kare ya da sinüsoidal biçimli akım uygulandığında plakalar eğilip bükülür ve oluşan ultrases havada yayılır. Alıcı olarak çalışan elemana ultrases sinyalleri çarpınca, eleman rezonans frekansında uyarılır ve titreşmeye başlar. Alıcı uçlarında vericiden gelen sinyallerin şiddetine göre küçük bir gerilim oluşur. Uygulamada kullanılan ultrasonik transdüserlerin çalışma frekansları khz dolayındadır. Ultrasonik ses kullanılarak metre uzakta bulunan her türlü alıcıya kumanda etmek mümkündür. Askerî savunma sistemlerinde, alarm devrelerinde, uzaklık ölçümlerinde, fare, yarasa gibi hayvanların çıkardıkları ultrasesleri dinlemede ultrases transdüserleri kullanılmaktadır. C.Sensör transdüserlerle akışkan (debi) ölçümü Çeşitli transdüserler ve sensörler kullanılarak iletken ya da iletken olmayan akışkanların ölçümü yapılabilir. Örneğin akaryakıt dolum merkezlerinde benzin, mazot gibi yakıtların miktarı akışkan ölçüm düzenekleriyle belirlenmektedir. Basit yapılı debi sensörleri, hareket eden sıvının hareket yönüne dik doğrultuda eksenlenmiş pervaneyi (türbin) kendi hareket hızında döndüreceği esasına dayalıdır. Sensörün hareketi algılayan elektronik hücresi tamamıyla dış gövdeyle kapalı olup, sıvı ve ortamdan izole edilmiştir. Akışkan temas bölgesiyle elektronik hücre ve dış ortam arasında herhangi bir mekanik bağlantı olmadığından gövde tamamıyla kapalı, sızdırmaz ve basınca dayanıklıdır. Kısaca açıklamak gerekirse debi sensörleri borudan geçen sıvıya göre başka bir devreyi uyarma debi sensörünün resmi Şekil 8.18: Debi sensörünün yapısı (tetikleme) görevi yapar. Örneğin büyük bir depodan küçük varillere sıvı dolduruluyor olsun. Bu iş yapılırken debi sensöründen gelen sinyaller elektronik bir devre tarafından işlenerek selenoid valfe gönderilir. Debi sensörü sıvı geçişiyle kare dalga biçimli sinyal üretir. Varil istenilen seviyede dolduğu anda programlanmış ve debi sensöründen emir alan elektronik devre selenoid valfin akımını keser ve sıvı akışı durur. Ultrasonik sinyallerle çalışan debi ölçme cihazlarında ise, vericiden yayılan sinyallerin alıcıya ulaşana kadar uğradığı değişiklikten yararlanılır. Sinyalin özelliğindeki değişme olayına Doppler kayması adı verilir. Şekil 8.19'da basit olarak gösterilen Doppler esaslı debimetrelerde hareket 105 depo sıvı sıvı dijital gösterge debi sensörü sıvı

106 hâlindeki akışkana bir kaç yüz khz'lik ultrasonik ses dalgası gönderilir. Bu ses dalgasının küçük bir bölümü katı cisimler, buhar, hava kabarcıkları ya da akıntılardan/girdaplardan geriye yansıyıp vericinin yanına monte edilen bir alıcıya yansıtılır. Doppler esaslı debimetrelerin boruya takılması için borunun içine girilmesine gerek yoktur. Bu cihazlar, paslandırıcı sıvılar, yoğun tortulu çamur da dâhil olmak üzere her türlü akışkanın ölçülmesinde kullanılabilir. Ancak, basit akış ölçme uygulamaları için biraz pahalı ve karmaşık bir sistemdir. sıvı verici Şekil 8.19: Ultrasonik sinyallerle çalışan debimetrelerin yapısı devreye alıcı Ç. Uygulamada kullanılan diğer transdüser ve sensörler 1. Mekanik termostatlar: Isı etkisiyle kontakların konum değiştirmesini sağlayan cihazlara termostat denir. Bu elemanlar, ısıtma, soğutma, havalandırma vb. yerlerde sıcaklık derecesini istenilen değerde tutmak amacıyla kullanılırlar. Termostatlar kullanıldıkları yere göre üçe ayrılır: I. Oda termostatı, II. Sıvı termostatı, III. Katı madde termostatı Oda termostatları ortam sıcaklığının sabit tutulmasını kontrol etmede kullanılırlar. Bunlar, gazlı, bimetalli ya da elektronik yapılı olabilir. Resim 8.10'da bimetalli oda termostatı, resim 8.11'de direkt ısıtmalı, bimetalli termostat görülmektedir. ayar düğmesi Resim 8.10: Mekanik yapılı (bimetalli) oda termostatı Resim 8.11: Direkt ısıtmalı, bimetalli termostat Sıvı termostatları akışkan özellikli (sıvı) maddelerin sıcaklığının kontrol edilmesinde kullanılır. Yapıları oda termostatlarıyla hemen hemen aynıdır. Katı madde termostatları alternatör ve pahalı tip motorların sargılarının yüksek sıcaklıklardan korunmasında, sıcaklık ölçme, kontrol cihazlarında vb. kullanılırlar. Mekanik yapılı termostatlar yapıları bakımından üçe ayrılır. I. Bimetalli termostatlar, II. Gazlı (körüklü, kuyruklu) termostatlar, III. Civa tüplü termostatlar a. Bimetalli termostatlar: Isıtıldığında genleşme katsayıları farklı olan iki ince metal plaka birbirine yapıştırılarak bimetal elde edilir. Birbirine yapıştırılmış olan metalleri A ve B olarak adlandıralım. Bu birleşime ısı verdiğimiz zaman genleşme katsayısı yüksek olan metal fazla uzamak ister. A ve B birbirine yapışık olduğundan çok uzayan metal kısa kalan metalin üzerine doğru eğilir. İşte bu prensip, maliyeti ucuz, termostatların yapılmasını sağlamıştır. 106

107 şebekeden şebekeden kontak bimetal kontak ısıtıcı direnç bimetal bimetal bimetal alıcıya soğuk durum alıcıya (a) (b) (c) (d) sıcak durum Şekil 8.20: a) Direkt ısıtmalı tip bimetalin yapısı b) Endirekt ısıtmalı tip bimetalin yapısı c) Endirekt ısıtmalı bimetalin görünüşü ç) Bimetalin soğuk ve sıcak ortamdaki davranışı bimetal kontak bimetal ısı V alıcı sıcaklık ayar vidası V alıcı Şekil 8.21: Bimetalin ısı ile bükülüşü Resim 8.11 ve şekil 8.20-a'da ütü, elektrik sobası, saç kurutma makinesi vb. gibi cihazlarda kullanılan direkt ısıtmalı tip bimetalli termostatın yapısı verilmiştir. Bu modelde bimetal dışardan gelen ısıyla bükülerek kontakların konumunu değiştirmektedir. Şekil 8.20-b ve c'de termik aşırı akım rölelerinde kullanılan endirekt ısıtmalı tip bimetalli termostat (ya da termik aşırı akım rölesi) verilmiştir. Bu tip termostatlarda bimetal küçük güçlü bir ısıtıcının içine yerleştirilmiştir. Alıcının çektiği akım normal sınırlar içindeyken rezistans az ısındığından bimetal bükülmez. Alıcının çektiği akım artacak olursa rezistanstan geçen akımın artması bu elemanda oluşan sıcaklığı artırır. Bunun sonucunda bimetal bükülerek kontaklarını konumunu değiştirir. ısıtıcı Bimetalli termostatlarda ısı ayarını yapabilmek için şekil 8.21'de görüldüğü gibi bir düğme (ayar vidası) mevcuttur. Bu vida saat ibresi yönünde çevrildiği zaman, düğmenin uç kısmı bimetale yaklaşır. Bu da bimetalin daha yüksek sıcaklıkta devreyi açmasına neden olur. Şekil 8.22'de bimetalli oda termostatının iç yapısı ve devreye bağlantısı verilmiştir. Bu eleman oda sıcaklığını istenilen değerde tutmak için kullanılır. Termostatlı ısıtıcı çalıştırıldığı zaman, ortam soğukken alıcı çalışmaya başlar. Bu sırada termostat üzerindeki birinci lamba yanar. Ortam sıcaklığı istenen değere yükseldiğinde bimetal bükülerek kontakların konumunu değiştirir. b. Gazlı (körüklü, kuyruklu) termostatlar: Gazlı termostatlar şekil 8.23'te görüldüğü gibi hızlı genleşen gazın bulunduğu hazne, körük ve kontaklardan oluşur. Termostatın haznesi, sıcaklığı kontrol edilecek bölgeye monte edilir. Hazne içinde R-12, N2 ya da başka bir gaz bulunur. Ortam soğuyunca gazın hacmi azalır. Esnek yapılı körük içeri çekilerek kontakların konumunu değiştirir. Ortam ısınınca ise gaz genleşerek körüğü şişirir ve kontaklar tekrar eski konumuna gelir. 107 R Mp bimetal kontaklar lâmba1 lâmba2 Şekil 8.22: Bimetalli oda termostatının devreye bağlanışı

108 Şekil 8.24'te gazlı (kuyruklu) termostatlar kullanılarak soğutucunun kontrolüne ilişkin şema verilmiştir. c. Civa tüplü bimetalli termostatlar: Şekil 8.24'te görüldüğü gibi bu tip termostatlar içerisinde kontaklar ve civa bulunan cam tüp ile spiral şeklindeki bimetalden oluşur. Ortam soğukken spiral biçimindeki bimetal kıvrılarak civanın iki kontağı birbirine bağlamasını sağlar. Bu durumda cam hazneden akım geçer. Ortam ısındığında bimetalden yapılmış spiral açılarak cam hazneyi dikey hâle getirir. Bu durumda civa akarak akım geçişini sona erdirir. gaz haznesi kontak uçları buzdolabının buzluk bölümü kontaklar gaz haznesi kontaklar körük Şekil 8.23: Gazlı (kuyruklu) termostatların yapısı gazlı termostatın körük ve kontak bölümü gaz haznesi gaz haznesi 2. Strain (şekil değişikliği, basınç, gerilme) ölçme sensörleri: Endüstriyel donanımlarda basınç, burulma, uzama, ağırlık vb. ölçme işlerinde kullanılan sensörlere strain gauge bimetal şerit (strayin geyç) adı verilmektedir. Metal bir iletken bir çekme ya da basma kuvveti etkisi altına alınırsa boyutlarındaki kontaklar açık değişimler sonucu elektriksel dirençte değişimler görülür. Bu olaya piezorezistans olayı denir. Basınç ölçmede kullanılan sensör çeşitleri şunlardır: a. Telli basınç ölçme sensörleri (telli strain gauge): Şekil 8.26'da görüldüğü gibi kâğıt ya da bakalit üzerine çok ince kesitli iletken yapıştırılarak üretilmiş basınç ölçme sensörüdür. Bu elemana bir basınç geldiğinde plaka esner. Esneme ise yapışık hâldeki ince teli uzatır. Uzayan telin direnci değişir. Bu ise elemanın bağlı olduğu elektronik devrenin özelliğini değiştirir. b. Şeritli basınç ölçme sensörleri: Şekil 8.27'de görüldüğü gibi ince ve esnek taban üzerine çok ince bir iletken şeridin yapıştırılmasıyla üretilmiştir. Çalışma şekli telli basınç sensörlerine benzemektedir. 108 gaz haznesi motor Şekil 8.24: Gazlı termostatın soğutucu motorunu kontrol edişi Şekil 8.25: Cam tüplü ve bimetalli termostatın yapısı 220 V

109 metal tel metal folyo ölçümü yapan devreye ölçümü yapan devreye taşıyıcı taban taşıyıcı taban Şekil 8.26: Telli strain gauge'in yapısı Şekil 8.27: Şeritli strain gauge'in yapısı Resim 8.12: Yarı iletken strain gauge'ler c. Yarı iletken basınç ölçme sensörleri: Yarı iletkenler kullanılarak yapılmışlardır. Basınç uygulandığında esneyen plaka üzerindeki yarı iletken tabakanın içindeki elektron hareketinin miktarı değiştiğinden ölçüm yapan devrenin çıkışında değişiklik olmaktadır. Resim 8.12'de yarı iletkenlerden yapılmış gerilme (strain) ölçme sensörleri verilmiştir. bağlantı noktası ağırlık uygulama bölgesi bağlantı kabloları + 5 V sarı - yeşil kırmızı (çıkış) beyaz (çıkış) Şekil 8.28: Dijital yapılı terazilerde kullanılan load cell'in yapısı 3. Yük hücreleri (ağırlık sensörü, load cell): Bu tip transdüserler endüstriyel donanımlarda ağırlık, basınç ölçme vb. için kullanılırlar. Load cell, strain gauge'nin geliştirilmiş hâli olarak tanımlanabilir. A12024-T4 model load cell'in bazı elektriksel özellikleri şöyledir: *Giriş gerilimi: 10 V DC *Giriş empedansı: 420 Ω ± % 10 *Çıkış gerilimi: 12 mv (ortalama) *Çıkış empedansı: 350 Ω ± % 3 Resim 8.13: Büyük ağırlıkları (20-40 ton) ölçmede kullanılan load cell örnekleri 4. Piezoelektrik özellikli basınç ölçme transdüserleri: Basıncın elektrik akımına dönüştürülmesinde kullanılan piezoelektrik özellikli algılayıcılarda kuartz (quartz), roşel (rochelle) tuzu, baryum, turmalin gibi kristal yapılı maddeler kullanılır. Bu elemanlar üzerlerine gelen basınca göre küçük değerli bir elektrik akım üretirler. Piezoelektrik özellikli elemanlar hızlı tepki verdiklerinden ani basınç değişikliklerini ölçmede 109

110 yaygın olarak kullanılırlar. Piezotransdüsere örnek olarak kristali gösterebiliriz. Şimdi bunu inceleyelim. a. X-tall (kristal): Uçlarına gerilim uygulandığında salınımlı bir gerilim üreten devre elemanıdır. Şekil 8.30 ve şekil 8.31'de kristalin basınç altında gerilim üretmesi gösterilmiştir. Uygulamada yaygın olarak kullanılan kristallerin frekans değerleri: MHz'dir. Elektronik cihazların (radyo, TV, video vb.) uzaktan kumanda aletlerinde kullanılan kristallerin frekans değerleri: MHz'dir. Şekil 8.29: Kristal sembolü basınç yay kristal Şekil 8.30: Kristalli basınç transdüserlerinin yapısının basitçe gösterilişi madenî levha kristal parçası mâdenî levha Şekil 8.31: Kristalde basınca bağlı olarak değişken sinyallerin oluşumunun gösterilmesi 5. Ses transdüser ve sensörleri: Endüstriyel donanımlarda ses etkisiyle çalışan bir çok düzenek vardır. Yani bu konu son derece geniştir. Mikrofon, hoparlör gibi elemanlar aslında birer transdüserdir. İşte ses etkisiyle çalışan devrelerde de mikrofonlara benzer algılayıcılar kullanılmaktadır. Mikrofonun ürettiği sinyal tek başına bir önem taşımaz. Çünkü bu sinyal çok küçüktür. Ama, mikrofondan sonra yükselteçli bir devre kullanılarak giriş sinyalleri istenildiği kadar yükseltilip, başka düzeneklerin tetiklenmesi sağlanabilir. Resim 8.14: Kristal örnekleri basınç kuvveti dielektrik madde Şekil 8.32'de kapasitif prensibe göre çalışan ses algılayıcı verilmiştir. Bu elemana ses dalgaları çarptığında esnek membran sabit plakaya yaklaşmaktadır. İki plakanın birbirine yaklaşması ise kapasiteyi değiştirerek, çıkış akımının değişmesini sağlamaktadır. gövde Şekil 8.32: Kapasitif yapılı ses algılayıcı Sorular 1. Kuyruklu termostatın yapısını ve çalışmasını anlatınız. 2. Termokupl nedir? Açıklayınız. 3. Transistör ve NTC kullanarak soğukta çalışan bir devre çizip çalışmasını anlatınız. 110

111 Bölüm 9: Röle ve kontaktörler A. Manyetik (bobinli) röleler Elektrikli ve elektronik donanımların bir çoğunda röle, reed röle ve kontaktör karşımıza çıkmaktadır. Bu bölümde adı geçen elemanlar açıklanacaktır. Rölenin tanımı: Küçük değerli bir akım ile yüksek güçlü bir alıcıyı çalıştırabilmek (anahtarlayabilmek) için kullanılan elemanlara röle denir. Şekil 9.1'de mini röle sembolleri, resim 9.1'de ise röle örneği görülmektedir. BC237 kodlu NPN transistörle en fazla DC 100 ma akım çeken bir alıcıyı çalıştırabiliriz. Ancak transistörün kolektörüne bir röle bağladığımız zaman 1-16 A (DC ya da AC) akım çeken bir alıcıyı çalıştırmamız mümkün olur. İşte bu kolaylığı sağlamasından ötürü röleler, otomasyon sistemlerinin önemli elemanlarından birisi durumundadır. Tamamen otomatikleşmeye başlayan üretim araçlarında yüzlerce tip ve modelde röle kullanılmaktadır. Geniş bir model yelpazesine sahip rölelerin çalışması her modelde de aynıdır. Uygulamada kullanılan röleleri kontaklarının özelliğine göre şöyle sınıflandırabiliriz: I. Tek kontaklı tek konumlu röleler, II. Tek kontaklı çift konumlu röleler, III. Çok kontaklı tek konumlu röleler, IV. Çok kontaklı çift (iki) konumlu röleler Rölenin yapısı: Şekil 9.2'de görüldüğü gibi, bobin, demir nüve, palet, yay ve kontaklardan oluşan rölelerin mıknatısiyet oluşturan bobinleri V gibi gerilimlerde çalışacak biçimde üretilir. Elektronik sistemlerde çoğunlukla DC ile çalışan mini röleler kullanılır. Şekil 9.1: Röle sembolleri kontaklar bobin Resim 9.1: Mini röle kontaklar açık kontaklar yay bobin kontaklar kapalı palet Rölenin çalışma ilkesi: Şekil 9.2'de görüldüğü gibi röle içinde bulunan demir nüve üzerine geçirilmiş makaraya ince telden çok sipirli olarak sarılmış bobine akım uygulandığında, N-S manyetik alanı oluşur. Bu alan ise bobinin içindeki nüveyi elektromıknatıs hâline getirip, paletin kontaklarının konumunu değiştirmesini sağlar. Akım kesilince elektromıknatıslık ortadan kalkar, esnek gergi yayı paleti geri çekerek kontakları ilk konumuna getirir. Kontaklardan geçen akım nedeniyle birbirine temas eden yüzeyler zamanla oksitlenebilir (karbonlaşır). Kontaklardaki oksitlenmeyi en az düzeyde tutabilmek için platin ya da tungsten üzerine ince gümüş tabakasıyla kaplama yapılır. Düzgün çalışmayan bir elektronik devrede rölelerin kontaklarında oksitlenme oluşmuş ise bu istenmeyen durum su zımparasıyla giderilebilir. Düzelme olmazsa yeni röle kullanılır. nüve yay Şekil 9.2: Mini rölelerde kontakların hareketi 111

112 Rölenin ayaklarının tanımlanması: Rölelerin gövdesinde bulunan, a, b harfleri bobin uçlarını, NC (normal closed), normalde kapalı durumda olan kontakları, NO (normal open), normalde açık durumda olan kontakları belirtir. Röle bobini enerjisizken bazı kontaklar açık, bazıları ise kapalı durumdadır. Anlatımlarda kolaylık olması için, bobin enerjisizken açık olan kontaklara normalde açık (NO, NA) kontak denir. Kapalı olan kontaklar ise normalde kapalı (NC, NK) kontak olarak adlandırılır. Rölelerin bağlantı uçlarının bulunması: Şeffaf plastik gövdeli rölelerin iç yapısı dışardan bakılarak anlaşılabilir. Ancak rölenin içi görünmüyorsa a-b ile kodlanmış uçların bobin olduğu anlaşılır. Eğer a-b kodları bulunmuyorsa, ohmmetreyle ölçüm yapılarak önce bir direnç değeri ( Ω) gösteren ayaklar belirlenir. Daha sonra bobin uçlarına röle gövdesinde yazılı olan gerilim (AC ya da DC) uygulanıp kontakların konum değiştirme durumlarına dikkat edilerek diğer ayaklar belirlenebilir. Mini rölelerin iyi yönleri I. Giriş devresi çıkış devresinden yalıtılmıştır. Yani röleye kumanda eden elektronik devreyle güç devresi arasında elektriksel bir bağlantı yoktur. Şekil 9.3'e bakınız. II. Aşırı yüklenmelere karşı dayanıklıdır. Röle kontaklarından kısa süreli olarak anma (nominal) akımının bir kaç katı büyüklükte akım geçebilir. Örneğin kontaklarının anma akımı 6 A olan bir röle, kısa süreli olmak koşuluyla (1-3 s) A'lik akımlara dayanabilir. III. Dış manyetik alanlardan (gürültü) etkilenmezler. IV. Üretim esnasında, palete bağlı olarak konum değiştiren kontak sayısı istenildiği kadar artırılabilir. Kontak sayısı arttıkça paletin ağırlığı artacağından bobinin mıknatıslığının da artırılmasına gerek duyulur. Mıknatıslığın artması ise, kullanılan bobin telinin sipir sayısının, kesitin ve uygulanan gerilimin artmasıyla mümkün olur. Resim 9.2'de çok kontaklı ve yüksek akımlı röle görülmektedir. röle devresi alıcı devresi Şekil 9.3: Röleyle giriş ile çıkış devresinin yalıtılması Mini rölelerin olumsuz yönleri I. Güç harcamaları yarı iletken maddelerden yapılmış kuru tip (solid state) rölelere oranla çok yüksektir. Yani, Resim 9.2: Çok kontaklı röle kontakların konum değiştirmesini sağlayan bobin çok akım çeker. II. Kontakların konum değiştirme hızı, yarı iletken maddelerden yapılmış kuru tip rölelere oranla çok yavaştır. III. Akım geçişini sağlayan kontaklar zamanla oksitlenerek geçirgenliğini yitirir. Not: Günümüzde yapılan yüksek teknoloji ürünü ve endüstriyel amaçlı rölelerde kontakların oksitlenme oranı iyice azaltılmıştır. Kontakların bulunduğu haznenin ark söndürücü gazlarla doldurulması, kontaklara, paralel olarak kondansatör ya da seri olarak bobin bağlanması, oksiti azaltmak için uygulanan yöntemler arasındadır. IV. Rölelerin bobinleri manyetik alan yaydığından, yakında bulunan hassas yapılı yarı iletken elemanlar olumsuz etkilenebilir. V. Rölelerin bobinleri indüktif özellikli olduğundan yüksek değerli gerilimler oluşturarak diğer elemanlara zarar verirler. Bu durumu engellemek için, diyot, VDR, kondansatör gibi elemanlar rölelerin bobin uçlarına paralel olarak bağlanır. 112

113 Röle bobinlerinin oluşturduğu yüksek gerilimin zararlı etkilerini bastırma yöntemleri a. Diyot ya da VDR ile yüksek gerilimin bastırılması: Şekil 9.4'te görüldüğü gibi röleye ters paralel bağlanan diyot ya da VDR, devre akımının kesilmesi anında bobinin oluşturduğu kısa süreli ve yüksek değerli indüksiyon geriliminin (yaklaşık V), transistör, tristör vb. gibi elemanları bozmasını önler. Röleye paralel bağlanan bu elemanlara damper (dengeleyici) denir. b. Kondansatör ya da direnç+kondansatör ile yüksek gerilimin bastırılması: Şekil 9.5-a-b'de görüldüğü gibi röle bobinine paralel olarak bağlanan direnç ve kondansatör ikilisi, bobinde oluşan kısa süreli ve yüksek değerli gerilimleri bastırır (yok eder). Röle kontaklarını koruma yöntemleri a. Kontaklara paralel olarak bağlanan kondansatör ya da direnç+kondansatör ile koruma: Şekil 9.6-a-b'de görüldüğü gibi kontaklara paralel olarak bağlanan kondansatör (0,001-0,01 µf) ark söndürme görevi yapar. b. Kontaklara seri olarak bağlanan bobin ile koruma: Şekil 9.7'de görüldüğü gibi kontaklara seri olarak bağlanan bobinler, alıcıdan geçen akımın aniden maksimum değere ulaşmasını engelleyerek kontaklarda oluşan arkı azaltıcı etki yapar. Mini rölelerin sağlamlık testinin yapılışı: AVOmetrenin komütatörü x1ω ya da x10ω konumuna getirilerek yapılan ölçümde rölelerin bobin uçları herhangi bir direnç değeri gösteriyorsa eleman sağlamdır. Kontakların geçirgenlik durumu ise, röle ile bir alıcı çalıştırılarak belirlenebilir. diyot (a) VDR Şekil 9.7: Röle kontaklarının seri bağlı bobin ile korunması (b) Şekil 9.4: Röle bobinine paralel olarak bağlanan "diyot" ya da "VDR" ile yüksek gerilimlerin etkisiz hâle getirilişi Şekil 9.5: Röle bobinine paralel olarak bağlanan "kondansatör" ya da "direnç+kondansatör" ile yüksek gerilimlerin etkisiz hâle getirilişi (a) C (a) C (b) R C (b) Şekil 9.6: Röle kontaklarının paralel bağlı kondansatör ya da direnç+kondansatör ile korunması 0,001-0,01 mh R C Rölelerde kontak direnci: Bir rölede kontaklar, birleşme sırasında birbirine tam olarak yapışmalıdır. Bu olmaz ise kontak direnci olarak adlandırılan durum ortaya çıkar. Kontak direnci ne kadar az olursa alıcıya giden akım da o kadar çok olur. Kontak direncinin çok olması ısı ortaya çıkarır ve aynı zamanda alıcıya giden gerilimde de düşme olur. Kalitesiz ve ucuz tip rölelerde kontak direnci fazladır. Uzun süreli kullanımda kontak direnci, erimelere ve yapışık kalmalara yol açabilmektedir. Kaliteli rölelerde kontak direncini en aza indirgeyebilmek için kontakların yüzeyleri büyütülür ve temas yüzeyinin yapımında geçirgenliği iyi olan maddeler kullanılır. Rölelerin etiketlerinde yazılı verilerin açıklanması: Rölelerin üzerinde kullanıcıya kolaylık olması için çeşitli değerler (gerilim, akım, direnç, güç) yer alır. Örneğin bir röle üzerinde 12 V/500 mw, 240 V/6 A yazılıysa bunlar şu özellikleri bildirir: *Rölenin çalışma gerilimi: 12 V, *Harcadığı güç: 500 mw, *Kontakların dayanabileceği maksimum voltaj: 240 V, *Kontakların taşıyabileceği akım: 6 A. 113

114 Rölenin harcadığı güç belli ise kaç amper çektiğini ve bobin direncini bulabiliriz. Örnek: V = 12 V P = 500 mw a. I =? b. R =? Çözüm: a. P = V.I olduğuna göre, I = P/V = 0,5/12 = 0,04 A = 40 ma Rölenin bobinin omik direncinin bulunuşu: b. R = V/I = 12/0,04 = 300 Ω A V V bobin kontaklar AC ya da DC L Rölelerde çekme gerilimi: Her ne kadar rölelerin çalışma gerilimi etiketinde yazılı olsa da röle bu gerilim değerinin altında çalışmaz diye bir kural yoktur. Yani 12 Şekil 9.8: Rölelerde çekme ve bırakma gerilimlerinin bulunmasında kullanılan bağlantı şeması V'luk bir röle 9-10 V'ta da çeker. Düşük voltajda çekme, paleti geri çeken yayın gerdirme kuvvetine bağlıdır. Bir rölenin çekme geriliminin minimum değeri deneyle anlaşılabilir. Çekme gerilimi deneyin yapılışı: Şekil 9.8'de görüldüğü gibi ayarlı çıkış veren bir DC güç kaynağının uçlarına röle bağlanır. Gerilim sıfır değerinden itibaren yavaş yavaş artırılır. Kontakların konumunu değiştirdiği an, çekme gerilimi olarak belirlenir. Rölelerde bırakma gerilimi: Röleye uygulanan gerilim, kontakları çektirerek paletin konumunu değiştirdikten sonra paleti ikinci konumunda tutabilmek için gerekli güç, çektirmek için gereken güç kadar büyük değildir. Yani, palet çekili durumdayken gerilim belli bir alt değere inene kadar kontaklar konum değiştirmez. İşte bu değere bırakma gerilimi denir. Bu değer her rölede farklı olabilir. Örneğin, 12 V beslemeli bir devrede çalışan rölenin gerilimi 9-10 V seviyesine indirilse dahî kontaklar konum değiştirmez. Rölelerle yapılan çeşitli devreler a. Kontakları iki konumlu röle ile ledlerin çalıştırılması: Şekil 9.9'da görüldüğü gibi bobin enerjisizken normalde kapalı kontaktan akım geçer ve L 1 yanar. B butonuna basıldığında ise normalde kapalı kontak açılır ve normalde açık kontak kapanarak L 2 'nin yanmasını sağlar. Butondan elimizi çektiğimizde ise L 2 söner, L 1 tekrar yanar. röle B 12 V + L 2 L 1 1 kω Şekil 9.9: Kontakları iki konumlu röle ile ledlerin çalıştırılması röle start (I) stop (0) +12 V A mühürleme kontağı alıcıyı çalıştıran kontak B alıcı (motor) AC ya da DC besleme Şekil 9.10: Motorun "kontak mühürlemeli" olarak çalıştırılması b. Motorun kontak mühürlemeli olarak çalıştırılması (start - stop butonlu kumanda devresi): Şekil 9.10'da görüldüğü gibi start (I) butonuna basıldığında röle bobini mıknatıslanarak A ve B kontaklarının konumunu değiştirir ve motor çalışmaya başlar. Start butonundan elimizi çeksek bile motor durmaz. Çünkü rölenin (-) beslemesi A kontağı üzerinden sağlanır. Burada A kontağına mühürleme kontağı adı verilir. Stop (0) butonun basıldığında ise röle bobinin (-) beslemesi kesileceğinden motor durur. 114

115 B. Reed (dil kontaklı) röleler Cam gövde içine konmuş minik kontaklara sahip elemanlara reed röle denir. Reed rölelerde havası alınmış şeffaf cam ya da başka bir maddeden yapılmış olan muhafaza içinde bulunan demir-nikel alaşımı mini kontakların konumu sabit mıknatıs ya da elektromıknatısla değiştirilir. Resim 9.3'te cam gövdeli reed rölelerin yapısı verilmiştir. Reed rölelerde kontakların konumu şekil 9.11'de görüldüğü gibi doğal mıknatısla ya da şekil 9.12'de görüldüğü gibi elektromıknatıs ile değiştirilebilmektedir. Uygulamada kullanılan reed rölelerin kontaklarının çekme ve bırakma zamanı 0,5 milisaniye, çalışma sayısı ise 1-2 milyon adet dolayındadır. Bazı model reed rölelerde akım geçişini kolaylaştırmak amacıyla kontakların bulunduğu bölüm % 97 azot ve % 3 hidrojen karışımı gaz ile doldurulmaktadır. Son yıllarda yaygınlaşmaya başlayan güvenlik amaçlı alarm sistemlerinin kimi modellerinde bina giriş kapısına şekil 9.13'te görüldüğü gibi reed röle ve mıknatıs yerleştirilmekte, kapı açıldığında mıknatıs röleden uzaklaştığı anda kontak konumunu değiştirmekte ve dijital temelli ana devre uyarılmaktadır. Çok katlı konutlara kurulan asansörlerin istenen katta durabilmesi için eskiden sınır anahtarları kullanılıyordu. Ancak daha düzgün çalıştığı doğal mıknatıs cam gövde cam gövde Şekil 9.11: Reed rölelerin kontağının konumunun sabit mıknatıs ile değiştirilmesi far anahtarı park lâmbası anahtarı fren müşiri dil kontaklar dil kontaklar Resim 9.3: Çeşitli reed (dil) röleler reed röle kapı pervazı doğal mıknatıs bobin için reed röleli yaklaşım anahtarı ve mıknatıstan oluşan algılama düzeneği de kullanılmaya başlanmıştır. Bu sistemde reed röleli eleman sabit durmakta, asansör kabinine bağlı olan mıknatıs manyetik alan ile kontakların konum değiştirmesini sağlamaktadır. Reed röleli taşıt lambalarını kontrol eden devre: Şekil 9.14'te verilen devre ile taşıtların, far, fren, park lambalarının çalışıp çalışmadığı anlaşılabilir. Herhangi bir lambayı yakan 115 S U Şekil 9.12: Reed rölelerin kontağının konumunun elektromıknatıs ile değiştirilmesi kapı Şekil 9.13: Reed rölelerin alarm elemanı olarak kapıya bağlanışı +12 V reed röle led 1 led 2 led 3 led 4 led 5 led 6 1 KΩ 1 KΩ 1 KΩ 1 KΩ 1 KΩ 1 KΩ sol far sağ far sol park sağ park sol fren sağ fren Şekil 9.14: Reed röleli taşıt lambalarını kontrol eden devre

116 anahtar kapatıldığında, geçen akım reed röle üzerine sarılmış bobinde bir manyetik alan doğurur. Bobinde oluşan manyetik alan reed rölenin kontağının konumunu değiştirir ve ledi çalıştırır. C. Kontaktörler Büyük güçlü elektromanyetik anahtarlara kontaktör denir. Bu elemanlar yapı ve çalışma ilkesi bakımından rölelerin benzeridir. Yani, kontaktörün yapısında şekil 9.15'te görüldüğü gibi bobin, nüve, palet, kontak gibi elemanlar mevcuttur. Kontaktörlerin rölelerden tek farkı, yüksek akımlı alıcılarda kullanılıyor olmalarıdır. Mini rölelerin kontak akımları 1-16 A arası değerlere dayanabilecek şekildedir. Kontaktörlerin kontak akımları ise çok daha yüksek olabilmektedir. Kontaktörler, 1 ve 3 fazlı motor, ısıtıcı, kaynak makinesi, trafo vb. gibi alıcıların otomatik olarak kumanda edilmesinde kullanılır. Bu elemanların bobinlerinin gerilimleri DC ya da AC olarak V olabilmektedir. bobin Kontaktörlerde elektromıknatısı oluşturan bobinlerin içindeki nüve bir yüzeyi yalıtılmış, silisyum katkılı ince sacların birleşiminden oluşmuştur. Sacların bir yüzeyinin yalıtılmasının ve silisyum katkısı yapılmasının nedeni kontaklar bobin bobin enerjisiz bobin enerjili bobin palet 56kontaklar nüvenin kayıplarının (fuko ve histeresiz) azaltılmasını sağlamaktır. Kontaktörlerde iki tip kontak mevcuttur. Bunlar, I. Güç kontakları, II. Kumanda kontaklarıdır. Güç kontakları yüksek akıma dayanıklı olup, motor vb. alıcıları çalıştırmak için kullanılır. Kumanda kontakları ise, termik, zaman rölesi, ısı kontrol rölesi, mühürleme vb. gibi düzeneklerin çalıştırılmasında görev yapar. Şekil 9.16'da kumanda ve güç kontaklarının değişimi gösterilmiştir. Otomatik kontrol sistemlerinde kullanılan kontaktörler, beslenecek olan alıcının tipine, gerilimine, akımına göre, kontaktör kataloglarına bakılarak seçilir. Şöyle ki; asenkron motorların (indüktif özellikli alıcı) çalıştırılması için üretilmiş olan bir kontaktör reaktif güç kompanzasyonu ile ilgili bir devrede kullanılamaz. Kontaktörlerin kontakları aşırı akıma maruz kalma ya da uzun süreli kullanım sonucunda özelliklerini kaybederek arızalanabilir. Bu durumda kontaktörün tamamı değil sadece kontaklar değiştirilerek onarım yapılabilir. Kontaktör seçimi: Kumandası yapılacak bir motora kontaktör seçilirken çeşitli unsurlara dikkat edilir. Kontaktör seçiminde dikkat edilmesi gereken unsurlar şunlardır: I. Kullanma sınıfı: Kontaktörler çalışma gerilimi, işletme ve kullanma şekillerine göre standart 116 a b a nüve Şekil 9.15: Kontaktörlerin yapısı 2 kumanda kontakları normalde açık kontaklar Şekil 9.16: Kontaktörlerde kontakların konumunun değişiminin gösterilişi b bakır halka normalde kapalı kontaklar güç kontakları

117 hâle getirilerek kullanma sınıfını belirten numara o kontaktörün özelliklerini sağlar. IEC numaralı standartlara göre kontaktörlerin üretim sınıfları ve kullanım alanları: AC-1 sınıfı kontaktörler: İndüktif olmayan ya da çok az indüktif olan yüklerde kullanılır. AC-2 sınıfı kontaktörler: Bilezikli asenkron motorlara yol vermede kullanılır. AC-3, AC-4 sınıfı kontaktörler: Sincap kafesli asenkron motorların çalıştırılmasında kullanılır. AC-6a sınıfı kontaktörler: Transformatörlerin kumandasında kullanılır. AC-6b sınıfı kontaktörler: Akkor flamanlı lambaların kumandasında kullanılır. DC-1 sınıfı kontaktörler: İndüktif olmayan ya da çok az indüktif olan DC yüklerin beslenmesinde kullanılır. DC-2 sınıfı kontaktörler: DC motorların çalıştırılması ve frenlenmesiyle ilgili devrelerde kullanılır. DC besleme bir fazlı yarı iletken röle II. Anma işletme gerilimi: Kontaktörün kumanda edeceği gerilim değeridir. Uygulamada V'luk şebeke gerilimleri bulunmasına rağmen genellikle 220 V ve 380 V'luk gerilim kullanılır. üç fazlı yarı iletken röle Resim 9.4: Yarı iletken röle örnekleri III. Kontaktör bobin gerilimi: Bobinin çalışma gerilimidir. Bobinler V olabilmektedir. IV. Anma akımı: Kontaktörün güç kontaklarının akım değeridir. DC besleme fototransistör led triyak yük V. Anma gücü: Kumanda edilecek alıcının gücüdür. giriş devresi tetikleme devresi çıkış devresi Ç. Yarı iletken (solid state, SSR) röleler Son yıllarda yaygınlaşmaya başlayan röle çeşididir. Resim 9.4'te dış görünümleri, şekil 9.17'de ise iç yapıları verilen bu elemanlar tamamen yarı iletken temelli elektronik devre elemanları kullanılarak üretilmektedir. Sessiz çalışmaları, ark oluşturmamaları, etrafa istenmeyen manyetik alanlar yaymamaları, güç harcamalarının düşük oluşu, maliyetlerinin kontaktörlerle hemen hemen aynı düzeyde olması, yarı iletken rölelerin ön plana çıkmasını sağlamıştır. W Yarı iletken rölelerin çalışma ilkesi: Bir lambaya enerji uygularsak ışık yayar. Bu ışık, LDR, Şekil 9.17: Bir ve üç fazlı yarı fotodiyot, fototransistör, fotodiyak gibi ışığa duyarlı iletken rölelerin yapısı elemanların iletime geçmesini sağlar. Işığa duyarlı elemanın üzerinden geçirdiği akım ile tristör ya da triyak tetiklenecek olursa yüksek akım çeken 117 DC besleme led tristör fotodiyak R R-C filtre U S çıkış V T

118 alıcı çalışmaya başlar. İşte bu prensip yarı iletken rölelerde kullanılmaktadır. civa cam tüp cam tüp bimetal şerit cam tüp civa kontaklar kontaklar kapalı kontaklar açık kontaklar kapalı Şekil 9.18: Civa kontaklı röleler kontaklar açık D. Civa kontaklı röleler Otomasyon sistemlerinde kullanılan basit yapılı rölelerdir. Cam muhafaza içinde bulunan kontakların konum değiştirmesi için rölenin gövdesinin şekil 9.18'de görüldüğü gibi yatay hâle getirilmesi gerekir. Yatay hâle gelme işlemi, ısınan bimetalin bükülmesi, mekanik kolların hareketi vb. ile sağlanabilmektedir. E. Motorların korunması Motorların arızalanması iş akışında aksama ve parasal kayıplara neden olur. O nedenle, motoru bozacak etkenler, sargılar yanmadan önlenmelidir. Motorların sargılarının yanmasının bazı nedenleri şunlardır: I. Üç fazlı motorun iki faza kalarak çalışması, II. Mekanik zorlamalarla (mil sıkışması, yatak sarması vb.) çekilen akımın artması, III. Şebeke voltajının sürekli olarak normal değerinin altında bulunması nedeniyle motorun fazla akım çekmesi, IV. Aşırı yüklerde motorun fazla akım çekmesi, V. Yol alma ve frenleme süresinin uzun tutulması sonucu fazla akım çekilmesi, VI. Motorun çok sık dur kalk yapması, VII. Soğutma düzeninin (pervane, fan) çalışmaması Motor koruma rölesi çeşitleri: Motorlar herhangi bir nedenle normal değerin üzerinde akım çektiğinde sargıların ve tesisatın zarar görmemesi için akımın en kısa sürede kesilmesi gerekir. Motor koruma rölelerinin çeşitleri şunlardır. a. Manyetik aşırı akım rölesi: Elektrik akımının manyetik alan etkisiyle çalışan röledir. Bu eleman şekil 9.19'da görüldüğü gibi elektromıknatıs, kontak ve geciktirici düzenek olmak üzere üç kısımdan oluşur. Röle devredeyken elektromıknatısın bobininden motorun akımı da geçer. Motor herhangi bir nedenle normalin üzerinde akım çekmeye başlarsa, bobinin oluşturduğu mıknatıslık artar ve nüveyi yukarı doğru çekmek ister. Nüve yavaşlatıcı bir düzenek ile frenlendiğinden hemen yukarı doğru hareket edemez. Alıcının çektiği aşırı akım 1-2 dakika boyunca sürecek olursa piston düzeneği yukarı doğru kaymayı sürdürür. Sonuçta nüve yukarı çıktığından kumanda kontakları konum değiştirerek motoru çalıştıran kontaktörün akımının kesilmesine yol açar. Reset (yeniden kurma) butonuna basıldığı taktirde motor tekrar çalıştırılabilir. b. Termik aşırı akım rölesi: Motorların korunmasında yaygın olarak kullanılan termik aşırı akım röleleri iki farklı şekilde üretilmektedir. Şimdi bunları inceleyelim. I. Bir fazlı motorların korunmasında kullanılan termik aşırı akım rölesi: Her 118 kurma tuşu şebekeden piston kumanda devresini kontrol eden kontak bobin motora yağ silindir Şekil 9.19: Pistonlu tip manyetik aşırı akım koruma rölelerinin yapısı

119 kontaktörden bimetal kontak kurma (reset) kontaktörden kontak ısıtıcı direnç kurma (reset) ısıtıcı bimetal alıcıya (a) alıcıya (b) (c) Şekil 9.20: a) Direkt ısıtmalı tip bir fazlı termik aşırı akım rölesinin yapısı b) Endirekt ısıtmalı tip bir fazlı aşırı akım rölesinin yapısı c) Endirekt ısıtmalı termik aşırı akım rölesinde ısıtıcı tel ve bimetalin görünüşü metalin ısı karşısındaki davranışı farklıdır. Kimi metaller sıcakta çok genleşirken, kimisi ise az genleşir. İşte bu farklılıktan yararlanılarak bimetal adı verilen düzenekler geliştirilmiştir. Bimetal, ısındığında farklı uzunlukta genleşen ayrı cins iki metal şeridin birleştirilmesiyle oluşturulmuştur. Bir fazlı alıcılar için tasarlanan termik koruyucular, motor akımı aşırı derecede arttığında ısınarak konum değiştiren bimetal düzeneğinden oluşmaktadır. Bir fazlı alıcıların korunmasında kullanılan termik aşırı akım röleleri iki tipte üretilir. Bunlar: 1. Direkt ısıtmalı termik aşırı akım rölesi, 2. Endirekt (dolaylı) ısıtmalı termik aşırı akım rölesi şeklindedir. Direkt ısıtmalı tiplerde alıcının akımı şekil 9.20-a'da görüldüğü gibi bimetal şerit üzerinden geçer. Bimetalden geçen akım anma (nominal) değerin üzerine çıktığında bimetal ısınır ve bükülür. Bükülme sonucunda ise kontaklar konum değiştirir. Endirekt ısıtmalı tip aşırı akım rölelerinde ise alıcının akımı şekil 9.20-b ve c'de görüldüğü gibi küçük güçlü bir direnç teli üzerinden geçer. Alıcının akımı anma değerinin üzerine çıktığında direncin oluşturduğu sıcaklık artar ve bu ısı direnç telinin içinde bulunan bimetali ısıtır. Isınan bimetal bükülerek kontakların konumunu değiştirir. şebeke uçları tırnak ı s ı t ı c ı direnç kontaklar bimetal kurma (reset) butonu II. Üç fazlı motorların korunmasında kullanılan termik aşırı akım rölesi: Bu motora tip rölelerde motorun akımı şekil Şekil 9.21: Üç fazlı endirekt ısıtmalı termik aşırı akım rölesinin iç yapısı 9.21'de görüldüğü gibi üç bimetal üzerine sarılmış krom-nikel direnç tellerinden geçmektedir. Termik aşırı akım rölelerinde motor akımı normal düzeydeyken ısıtıcı teller fazla sıcaklık oluşturmadığından bimetaller bükülmez. Ancak alıcının çektiği akım istenilen seviyenin üzerine çıkacak olursa krom-nikel ısıtıcıların yaydığı sıcaklık artarak bimetallerin bükülmesine yol açar. Bükülen bimetaller termik rölenin tırnağını iterek kontaklara konum değiştirtir. Bunun sonucunda ise motoru çalıştıran kontaktörün enerjisi kesilir. Reset (kurma) butonuna basıldığında ise termik aşırı akım rölesi eski hâline döner. Uygulamada kullanılan termik aşırı akım röleleri çeşitli akım değerlerindedir. Buna göre, korunacak bir motor için aşırı akım rölesi seçimi yapılırken, alıcının akımının bilinmesi gerekmektedir. 119

120 Resim 9.5'te dış görünümleri görülen termik aşırı akım röleleri, düzenli çalışıp duran motorların korunmasında güvenilirdir. Ancak alıcının çalışma şekli sürekli dur kalklardan oluşuyorsa başka koruyuculara (termistörlü röle vb.) gerek duyulur. Üç fazlı motorların sargılarının bozulmasını (yanmasını) önlemek için çeşitli koruma yöntemleri geliştirilmiştir. Bu yöntemlerden birisi de resim 9.6'da verilen termik ve manyetik korumalı şalterlerdir. Küçük sanayi tesislerinde motorların kumandasının pratik olarak yapılması, devrelerin gayet sade olması istenir. İşte bu gibi yerler için termik ve manyetik korumalı şalterler üretilmiştir. Bu şalterlerin içinde termik (ısıya duyarlı) ve manyetik (manyetik alana duyarlı) iki koruma düzeneği vardır. Motor çalışırken aşırı akım çekmeye başlarsa termik ya da manyetik koruma düzeneklerinden birisi çalışarak alıcıya giden akımı keser. c. Termistörlü (PTC, NTC) koruma rölesi: Resim 9.7'de görülen PTC ve NTC gibi ısıya duyarlı devre elemanlarını motorların korunmasında kullanabiliriz. Koruma için yapılmış olan termistörler motor sargılarının arasına yerleştirilebilecek biçimde üretilmektedir. Termistör rölesinde motora kumanda eden kontaktörün devre dışı edilmesini sağlayan sistem ise elektronik bir devredir. Küçük güçlü ve ucuz tipdeki motorlarda termistörlü koruma sistemi yaygın değildir. Bu yöntem daha çok büyük güçte, hassas ve pahalı motorların korunmasında kullanılır. Şekil 9.22'de termistörlü motor koruma rölesinin devreye bağlanış şekli verilmiştir. kurma (reset) butonu akım ayar düğmesi Resim 9.5: Termik aşırı akım rölesi örneği M şebeke uçları Resim 9.6: Termik ve manyetik korumalı şalter Resim 9.7: Motor sargılarını yüksek sıcaklığa karşı korumada kullanılan termistör elektronik devreli röle ç. Faz koruma rölesi: Üç faz ile beslenen motorlarda R-S-T fazlarından birisi kesildiğinde motor çalışmaya devam eder. Ancak bu çalışma şekli son derece tehlikeli ve istenmeyen bir durumdur. Çünkü üç faz ile çalışacak şekilde üretilmiş motor iki faza kaldığı zaman şebekeden yüksek akım çekmeye başlar. Yüksek akım ise sargıları ısıtır. Isınan sargılarının izolesi (vernik) eriyerek (kavrularak) kısa 120 (0) (I) Şekil 9.22: Termistörlü motor koruma rölesinin devreye bağlantısı

121 devreye neden olur. Kısa devre ise motorun bozulmasına yol açar. İşte bu durumu önlemek için sigorta, termik vb. gibi koruyuculara ilave olarak şekil 9.23'te bağlantısı verilen elektronik yapılı faz koruma rölesi üretilmiştir. Günümüzde üretilen faz koruma röleleri hem çok ucuzlamış, hem de çok işlevli hâle gelmiştir. Şöyle ki; faz koruma röleleri motoru faz kesilmesine, fazların geriliminin ±% değişmesine ve sargıların aşırı ısınmasına karşı koruma yapabilmektedir. (I) (0) M +T PTC 2x0,75 mm 2 kablo d. Aşırı ve düşük gerilim rölesi: Asenkron motorlar, ±% 10'luk gerilim değişmelerinde normal çalışırlar. Gerilimin daha fazla yükselmesi ya da Şekil 9.23: Faz koruma rölesinin devreye bağlantısı düşmesi hâlinde, motor akımı artar. Bu durum, sargılarda oluşan ısıyı artırır. Düşük gerilim rölesi, gerilimin, anma değerinin % 10 altına düşmesi hâlinde, aşırı gerilim rölesi ise, gerilimin, % 10 fazla artması hâlinde devreyi açar. Şekil 9.24'te aşırı ve düşük gerilim koruma rölelerinin bağlantı şeması verilmiştir. gerilim ayar potu M alıcı Şekil 9.24: Aşırı ve düşük gerilim koruma rölesinin devreye bağlantısı Şekil 9.25: Faz sırası rölesinin devreye bağlantısı e. Faz sırası rölesi: Bilindiği gibi üç fazlı asenkron motorlarda, fazların ikisi yer değiştirdiğinde rotorun dönüş yönü değişmektedir. Motorun devir yönünün istem dışı olarak değişmesinin istenmediği tesislerde (asansör, kompresör, pompa vb.) elektronik yapılı faz sırası rölesi kullanılır. Bu röleler iki fazın yeri değiştiğinde motoru devreden çıkartırlar. Şekil 9.25'te faz sırası rölesinin bağlantı şeması verilmiştir. Sigortalar: Alıcının çektiği akım aşırı yükseldiğinde, herhangi bir maddî zarar olmaması için devreyi açan elemanlara sigorta denir. Günümüzde, buşonlu (D tipi), otomatik, bıçaklı (NH) tip ve cam sigortalar elektrik tesislerinin ve alıcıların korunmasında kullanılmaktadır. Resim 9.8'de 121

122 uygulamada kullanılan sigortalar görülmektedir. Sigorta çeşitleri a. Buşonlu sigortalar: Buşon kapağı, buşon, viskontak ve gövdenin birleşmesinden oluşmuş koruma aracıdır. Şekil 9.25'te buşonlu sigortaların yapısı görülmektedir. Uygulamada kullanılan buşonlu sigortalar L (B) ve G (C) tipi olmak üzere iki tipte üretilmektedir. L tipi sigortalar aydınlatma ve priz tesislerinde kullanılırken, G tipi sigortalar ise motor devrelerinde kullanılır. L tipi sigortalar aşırı akım durumunda hemen atar. G tipi olanlar ise gecikmeli olarak devreyi açar. Motorlar kalkış anında normal akımlarından bir kaç misli değerde aşırı akım çekerek çalışmaya başladıklarından bu alıcılarda gecikmeli atan sigortalar kullanılır. Elektrik tesisleri yönetmeliğine göre atık buşonlu sigortalara tel sarmak yasaktır. Ancak yasağa rağmen halkımızın büyük bir bölümü bilinçsizce tel sarma yoluna gitmektedir. Buşonlu sigortaların parçaları Gövde: Sigortayı muhafaza eden porselen kısımdır. Bunlar, A lik değerlerde üretilmektedir. Şekil 9.26'ya bakınız. Viskontak: Gövdenin dip kontağının bulunduğu kısma takılan küçük parçadır. Porselen gövdeli ve yuvalı olarak üretilen viskontaklar daha iyidir. Çünkü bu modeller gövdeye istenilenin dışındaki amperaja sahip buşonun takılmasını önler. Resim 9.9'a bakınız. Buşon: Eriyen teli muhafaza eden kısımdır. Buşonlar standart akım değerlerinde üretilirler. Buşon akımları: A'dir. Buşonlu sigortalarda kullanılan porselen gövdenin içinde, aşırı akım geçmesi anında eriyip kopan bir tel mevcuttur. Buşon gövdesi içinde bulunan bu telin yaydığı ısıyı azaltmak için soğutma amaçlı olarak kuvars kumu kullanılır. Buşonların arka kısmında bulunan metal şapkanın ortasında renkli pulcuklar vardır. Bunlara bakılarak da buşonun kaç amperlik olduğu anlaşılabilmektedir. Sinyal pulcuklarının renklerinin akım değerleri: 6 A: Yeşil, 10 A: Kırmızı, 16 A: Gri, 20 A: Mavi, 25 A: Sarı, 35 A: Siyah, 50 A: Beyaz, 63 A: Bakır rengi, 80 A: Gümüş rengidir. Buşon kapağı: Buşonu muhafaza eden kısım olup, A'lik değerlerde üretilmektedir. Şekil 9.26'ya bakınız. b. Anahtarlı tip otomatik sigortalar: Bu tip sigortalar termik ve manyetik koruma (a) Resim 9.8: a) Buşonlu b) Otomatik c) Bıçaklı sigortalar 122 (b) Şekil 9.26: Buşonlu sigortaların yapısı buşon kapağı buşon viskontak gövde (c) Resim 9.9: Viskontak örnekleri

123 düzenekli olarak üretilmektedir. Termik koruma bimetal esaslıdır. Devreden aşırı akım geçince bimetal bükülerek akım geçişini sağlayan kontakları açar. Manyetik koruma ise aşırı akım geçmesi durumunda elektromıknatıs hâline gelen kalın kesitli bobinin nüveyi hareket ettirerek kontakları açtırması esasına dayanmaktadır. Resim 9.10'da otomatik sigortaların iç yapısı verilmiştir. Otomatik sigortalar da L ve G tipi olmak üzere iki tipte üretilir. Uygulamada kullanılan otomatik sigortalar 0,5-1-1,6-2, A'lik değerlerde üretilmektedir. Resim 9.10: Otomatik sigortaların iç yapısı ark hücresi çıkış manyetik açma düzeneği mandal açma kapama mekaniği ark kanalı kontaklar gövde termik açma düzeneği giriş Üç fazlı motorların korunmasında kullanılan otomatik sigortaların mandalları birbirine akuple edilir (bağlanır). Bu sayede fazın birisinin bağlı olduğu sigorta attığında üç fazın akımı da kesilir. c. Bıçaklı (NH) sigortalar: Sanayi tesislerindeki yüksek akımlı alıcıların korunmasında kullanılan sigorta çeşididir. Bu sigortalar resim 9.11'de görüldüğü gibi buşon ve altlığın birleşiminden oluşur. Bıçaklı sigortaları kolayca söküp takmak için resim 9.12'de görülen ellik adlı pensler kullanılır. NH sigortalar taşıdıkları akıma göre şu boylarda üretilirler: Boy Buşon akımı Altlık akımı NH00 (sıfır boy) A 160 A NH01 (bir boy) A 160 A NH02 (iki boy) A 250 A NH03 (üç boy) A 400 A NH04 (dört boy) A 630 A Asenkron motor devrelerinde sigorta ve termik seçimi: Hatları ve alıcıları korumak için kullanılan sigorta, termik aşırı akım rölesi gibi elemanlar rastgele seçilmez. Bu işlem yapılırken yönetmeliklere ve alıcının özelliklerine dikkat edilir. Örneğin konutlarda lambaları korumak için 6 A'lik sigorta yerine 25 A'lik sigorta kullanılamaz. 123 bıçaklı sigorta buşonu ergiyen tel altlık Resim 9.11: Bıçaklı sigortaların parçaları ellik Resim 9.12: Bıçaklı sigorta elliği

124 Tesislerde sigorta seçme işlemi yapılırken selektivite kuralına dikkat edilir. Şöyle ki; tesisin en başında bulunan sigortanın akım değeri en büyük, en son panoda bulunan sigortanın değeri ise en küçük olur. Başka bir deyişle ana panodaki sigortanın değeri tâli tablodaki sigortanın değerinden yüksek olur. Termik aşırı akım rölesi seçimi yapılırken alıcının akım değeri göz önüne alınır. Yani 3 A Çizelge 9.1: Asenkron motorlar için sigorta, termik ve iletken seçim cetveli çeken bir motora 20 A'lik termik aşırı akım rölesi takılmaz. Bu hem maliyeti yükseltir, hem de motoru korumaz. Motorların korunmasında kullanılan sigorta ve termik değerlerine ilişkin örnek: Motor besleme tesisatlarında kullanılacak malzemelerin değerleri belirlenirken hazır tablolardan yararlanılır. Çizelge 9.1'den yararlanılarak, 7,5 kw'lık bir asenkron motorda kullanılacak elemanların değerlerini belirleyecek olursak: Motor gücü: 7,5 kw (10 HP), Motorun çektiği anma akımı: 15,6 A, Motorun beslenmesinde kullanılması gereken iletkenin kesiti: 6 mm 2, Termik aşırı akım rölesinin akım değerini ayarlama sınırları: A, Motoru besleyen hatta bağlanacak gecikmeli tip sigortanın akım değeri: 25 A'dir. F. Kumanda devre elemanlarının tanıtılması ve otomatik kumanda şemalarının çizimi Endüstriyel tesislerde kullanılan motorların kumandası çeşitli şekillerde yapılabilmektedir. Bunları sınıflandıracak olursak: I. Basit şalter ve anahtarlarla kumanda, II. Pako (paket) şalterlerle kumanda, III. Termik korumalı şalterlerle kumanda, IV. Termik ve manyetik korumalı şalterlerle kumanda, V. Kontaktörlerle kumanda, VI. Yarı iletken (tristör, triyak, SSR) devre elemanlarıyla kumanda yöntemleri sıralanabilir. Basit şalter ve pako şalterlerle yapılan kumanda günümüzde yavaş yavaş uygulamadan kalkmakta ya da üretim süreçlerinin karmaşık olmadığı tesislerde kullanılmaktadır. Kontaktörlerle yapılan kumanda çok işlevsel (fonksiyonel) olabildiğinden geniş bir kullanım alanına sahiptir. 124 R S T Şekil 9.27: Pako şalterle üç fazlı motorun çalıştırılmasının basit olarak gösterilişi

125 Yarı iletken esaslı devre elemanlarıyla kumanda ise son bir kaç yıldır yaygınlaşmaya başlamıştır. Solid state olarak da adlandırılan yarı iletken kontaktörler çok güvenli çalıştıklarından, modern tesislerin elektrik aksamlarında büyük kolaylıkları beraberinde getirmektedir. Bilgisayar teknolojisinin otomasyon sistemlerine bir uyarlaması şeklinde tanımlanabilen PLC (programlanabilir lojik kontrol) alanındaki gelişmelerin sonucunda, yarı iletken (tristör, triyak vb.) elemanlarla yapılan kumanda sistemleri de öne çıkmaya başlamıştır. 3-4 kapalı 3-4 açık 3-4 kapalı birinci konum ikinci konum üçüncü konum Şekil 9.28: Pako şalter kontaklarının konumunun değişmesinin şekillerle gösterilmesi Paket (pako) şalterler: Bir eksen etrafında dönebilen, ard arda dizilmiş, birkaç dilimden oluşan çok konumlu şalterlere paket şalter denir. Paket şalterlerin her diliminde, iki, üç ya da dört kontak bulunur. İstenilen kontak sayısını elde etmek için, uygun sayıda dilim ard arda monte edilir. Kontakların açılması ya da kapanması şekil 9.28'de görüldüğü gibi dilimler üzerindeki çıkıntılar sayesinde olur. Paket şalterlerin ambalajının içerisinde, bağlantı şemaları ve çalışma diyagramı vardır. Diyagramlar, şalterin kontak konumları hakkında bilgi vermek üzere hazırlanır. kırık ok start start 1/2 3/4 5/6 Şekil 9.29: Bir fazlı yaylı pako şalterin çalışma diyagramı Bir fazlı pako şalterin çalışma diyagramı: Şekil 9.29'da verilen pako şalter diyagramının sol üst köşesinde bulunan 0-1-start şalterin üç konumlu olduğunu gösterir. Diyagramlarda, mandalın konumunun yazıldığı satırla, kontağın gösterildiği sütunun kesiştiği kare, ya boş bırakılır, ya da içine (X) işareti konulur. Kare boş bırakıldığında, şalterin o konumunda, ilgili kontağın açık olduğu anlaşılır. Şayet kontak o konumda kapalı ise, kare içine bir (X) işareti konulur. Şekil 9.29'daki diyagramda, şalterin sıfır (0) konumunda, üç kontağının da açık olduğu, (1) konumunda (1-2) ve (3-4) nolu kontağın kapalı, (5-6) nolu kontağın açık olduğu, start konumunda ise, üç kontağın da kapalı olduğu anlaşılır. İki çarpı (X) işareti arasındaki çizgi ise, (1-2) ve (3-4) numaralı kontakların birinci konumdan start konumuna geçildiğinde, hiç açılmadan kapalı kaldığını belirtir. Diyagramda 1 ve start konumları arasında bulunan kırık ok ise, mandaldan elimizi çektiğimizde, yay aracılığı ile start konumundan 1 konumuna geri dönüş olduğunu belirtir. Kontaktörlerle yapılan motor kontrol (otomatik kumanda) devreleri: Motorlara kumanda etmek için kullanılan devreler, sistemin kolayca anlaşılması ve montajın doğru olarak yapılabilmesi için 125

126 iki ayrı şema hâlinde çizilerek gösterilir. Şema çizme işleminde standartlaşmış semboller ve kurallar geçerlidir. Uygulamada kullanılan motor kumanda devreleri Amerikan, Alman, Rus, Fransız ve Türk (TSE) standartlarına göre çizilmektedir. Amerikan standardında çizilmiş devrelerin öğrenilmesi kolay olduğundan bu standarda göre çizilmiş şemalar yaygın olarak kullanılmaktadır. Ülkemizdeki sanayi tesislerinin büyük bir bölümünde ise Alman standartlarına göre çizilmiş kumanda şemaları karşımıza çıkmaktadır. Rus, Fransız ve Türk standartlarına göre çizilmiş kumanda devreleri büyük oranda Alman standardına göre çizilmiş şemalara benzemektedir. Amerikan ve Alman standardına göre çizilmiş devrelerin öğrenilmesi endüstriyel kontrol donanımlarının montaj ve onarımlarının yapılabilmesi için yeterlidir. Çizelge 9.2'de kumanda devrelerinin çiziminde kullanılan semboller verilmiştir. Motor kontrol devreleri üç farklı şekilde ifade edilmektedir I. Kumanda devresi: Kontaktörlerin nasıl çalıştığını gösteren devredir. II. Güç (kuvvet) devresi: Motorların nasıl çalıştığını gösteren devredir. III. Birleşik devre: Kontaktörlerin ve motorların nasıl çalıştığını birlikte gösteren devredir. Birleşik olarak çizilmiş devreler karmaşık yapıda olduğundan az kullanılmaktadır. Kumanda devre şemalarında kullanılan elemanların adlandırılması: Otomatik kumanda devreleri çizilirken kullanılan semboller çeşitli harfler kullanılarak adlandırılır. Yaygın olarak kullanılan adlandırmalar şu şekildedir: C, M, N, I, İ, G: Kontaktör, d, TR, ZR: Zaman rölesi, e, OL, AA: Sigorta, koruma rölesidir. Kumanda elemanının adı Start (başlatma) butonu Stop (durdurma) butonu Jog butonu Kontaktör, röle bobini Normalde açık kontak Normalde kapalı kontak Konum değiştirme kontağı Düz zaman rölesi bobini Ters zaman rölesi bobini Normalde açık, zaman gecikmeli kapanan kontak Normalde kapalı, zaman gecikmeli açılan kontak Normalde açık, zaman gecikmeli açılan kontak Termik aşırı akım rölesi Termik aşırı akım rölesi kontağı Üç fazlı asenkron motor Sinyal lâmbası Sigorta (buşonlu) Sınır anahtarı kontağı (normalde açık) Sınır anahtarı kontağı (normalde kapalı) Transformatör Bağlantı klemensi 126 direkt TSE endirekt Sembolü Amerikan Çizelge 9.2: Otomatik kumanda devre şemalarında kullanılan bazı elemanların sembolleri M Alman

127 Otomatik kumanda devrelerinde kullanılan elemanlar Butonlar: Devrenin çalışmasını başlatmak ve durdurmak amacıyla kullanılan elemanlardır. a. Start butonu: Çalıştırma (başlatma) butonudur. Bu butonlarda kontak normalde açıktır. Butona basılınca açık olan kontak kapanır. Buton üzerinden etki kaldırıldığında kapanan kontak hemen açılır. Bunlara anî temaslı buton da denir. makara makara start stop stop butonu start butonu jog butonu Resim 9.13: Buton örnekleri Şekil 9.30: Buton sembolleri Resim 9.14: Sınır anahtarı b. Stop butonu: Durdurma butonudur. Bu butonlarda kontak normalde kapalıdır. Butona temas edilince kapalı olan kontak açılır, temas olduğu sürece açık kalır. Butondan temas kalkınca kontaklar normal konumunu alır. c. Jog (iki yollu) buton: Start ve stop butonunun birleşiminden oluşmuştur. Kapalı kontak stop butonu olarak, açık kontak ise start butonu olarak kullanılır. Sınır anahtarları (limit switch): Mekanik bir etkiyle kontakları konum değiştiren elemanlardır. Resim 9.14'te görülen sınır anahtarları çeşitli boyut ve tiplerde yapılırlar. Fabrikalardaki normalde açık iki konumlu normalde kapalı Şekil 9.31: Sınır anahtarı sembolleri (ABD normu) yürüyen bantlı üretim sistemlerinde, asansörlerde karşımıza çıkan bu elemanların yapısı basittir. Sınır anahtarları çalışma şekilleri bakımından anî temaslı ve kalıcı tip sınır anahtarı olmak üzere iki tipte üretilirler. yük arabası makara konum değiştirici sınır anahtarı sınır anahtarı sınır anahtarı sınır anahtarı Şekil 9.32: Bant üzerinde hareket eden arabanın kontrolünün sınır anahtarlarıyla yapılışı Anî temaslı sınır anahtarlarında hareketli parça pime ya da makaraya çarptığında kontaklar konum değiştirir. Hareketli parçaya gelen basınç kalktığında ise yay aracılığıyla kontaklar ilk konuma döner. Kalıcı tip sınır anahtarlarında kontaklar basınç etkisiyle konum değiştirir. Pime gelen basınç kalktığında ise kontaklar aynı konumda kalır. Kontakların konumunun değişmesi için pime tekrar basınç gelmesi gerekir. (Bu durumu tükenmez kalemlerin uç kontrol düzeneğine benzetebiliriz.) Şekil 9.32'de bant üzerinde hareket eden arabanın kontrolünün sınır anahtarlarıyla yapılışı görülmektedir. Zamanlayıcılar (zaman röleleri): Besleme uçlarına gerilim uygulanınca ya da kesilince ayarlanan sürelerde kontakları konum değiştiren elemanlara zaman rölesi denir. 127

128 Zaman rölesi çeşitleri (çalışma şekline göre sınıflandırma) a. Çekmede gecikmeli (düz) zaman rölesi: Besleme uçlarına gerilim uygulanınca ayarlanan süre sonunda, normalde kapalı kontağı açılan, açık kontağı kapanan röledir. b. Düşmede gecikmeli (ters) zaman rölesi: Besleme uçlarına gerilim uygulanınca anî olarak kontaklar konum değiştirir. Röle enerjili kaldığı sürece bu konum muhafaza edilir. Enerji kesilince, ayarlanan süre kadar enerjili durumdaki konum korunur. Gecikme süresi sonunda kontaklar normal konumunu alır. c. Flaşör zaman rölesi: Bobini enerjilendiği andan itibaren ayarlanan süre kadar sonra tekrar ilk konumuna dönen zaman röleleridir. Bu tip zaman röleleri aç-kapa işlemini enerjili kaldıkları süre boyunca yaparlar. ç. Yıldız/üçgen zaman rölesi: Büyük güçlü motorlarda kalkış akımını düşürmek için yıldız/üçgen yol verme yöntemi kullanılır. Kalkış akımını düşürmek için motor önce yıldız bağlanır. 2-4 saniye geçtikten sonra yıldız kontaktörü devreden çıkar ve üçgen bağlantıyı sağlayan motor devreye girer. Resim 9.15: Uygulamada kullanılan çeşitli zaman röleleri d. Enversör (sağ sol) rölesi: Bir motorun istenilen sürelerde sağa ve sola döndürülmesini sağlamak için geliştirilmiş olan elektronik yapılı rölelerdir. Röle üzerinde bulunan ayarlı dirençlere (pot) kumanda edilerek alıcının sağa ya da sola dönüş ve bekleme süreleri ayarlanabilmektedir. Zamanlayıcıların iç yapıya göre sınıflandırılması a. Pistonlu zaman rölesi, b. Motorlu zaman rölesi, c. Termik zaman rölesi, ç. Termistörlü zaman rölesi, d. Kondansatörlü doğru akım zaman rölesi, e. Elektronik yapılı zaman rölesi Yukarıda sıralanan altı çeşit zaman rölesinin ilk beş Resim 9.16: Sinyal lâmbaları modeli günümüzde pek üretilmemektedir. Elektronik devre elemanlarının ucuzlaması sonucu elektronik tip zaman röleleri yaygınlaşmıştır. Elektronik devreli zaman röleleri transistörlü ya da entegreli olabilmektedir. Bu tip zaman rölesi devreleri 6. bölümde anlatılmıştır. Sinyal lambaları: Neon lambasından yapılan bu elemanlar tesiste enerjinin olup olmadığını göstermek amacıyla kullanılırlar. Sinyal lambalarının renkleri yeşil, sarı, turuncu, kırmızı vb. şeklindedir. Bu lambaların duylu tiplerine direnç bağlanmaz. Duysuz tip neon lambalar ucuz olduğundan, sinyal (göz) lambalarında çok karşımıza çıkar. Bunların 220 voltta çalışabilmesi için 100 kω- 150 kω'luk sabit dirençler neon lambaya seri olarak bağlanır. Kontaktörlü motor kontrol (otomatik kumanda) devre örnekleri a. Üç fazlı asenkron motorların bir start bir stop butonuyla kumandası: Şekil 9.33-a'da verilen devrede start butonuna basılınca kontaktörün bobini enerjilenerek mıknatıs hâline gelir. Mıknatıslanan bobin paleti çekerek kontakların konum değiştirmesini sağlar. Normalde açık durumda olan (NO, 128

129 Normal open) kontaklar normalde kapalı (NC, Normal closed) konuma geçince motor çalışmaya başlar. Start butonundan elimizi çeksek bile motor çalışmasını sürdürür. Çünkü kontaktör gövdesi üzerinde bulunan dördüncü normalde açık kontak ile start butonu uçları köprülenmektedir. Kontaktör kontaklarıyla yapılan bu işleme mühürleme adı verilir. Devre çalışırken stop butonuna basılacak olursa motor Şekil 9.33: Üç fazlı asenkron motorların bir start bir stop butonuyla çalıştırılmasının, a) Amerikan normlarına göre kumanda devresi b) Amerikan normlarına göre güç devresi durur. Şekil 9.34'te üç fazlı asenkron motorların bir start bir stop butonuyla çalıştırılmasına ilişkin devrenin TSE ve Alman normuna göre çizilmiş şemalar verilmiştir. e 2 R S T e2 C (0) (I) (a) (b) (c) (ç) Şekil 9.34: Üç fazlı asenkron motorların bir start bir stop butonuyla çalıştırılmasının, a) TSE (Türk) normlarına göre kumanda devresi b) TSE (Türk) normlarına göre güç devresi c) Alman normlarına göre kumanda devresi ç) Alman normlarına göre güç devresi c. Üç fazlı asenkron motorların kesik ve sürekli olarak çalıştırılması: Şekil 9.36'da verilen devre ile herhangi bir motoru iki şekilde çalıştırabiliriz. Başlatma (start) butonuna basıldığında motor sürekli olarak devrede kalır. Kesik çalıştırma (jog) butonuna basılı ise motor buton basılı olduğu süre boyunca çalışır. ç. Üç fazlı asenkron motorların kontak kilitlemeli (emniyetli) olarak ileri-geri çalıştırılması: Şekil Şekil 9.35: Üç fazlı asenkron motorların iki start iki stop butonuyla çalıştırılmasına ilişkin kumanda ve güç devrelerinin ABD normlarına göre çizilmesi 9.37'de verilen devreyle motor iki yöne de döndürülebilir. İleri kontaktörü çalışırken geri kontaktörünün devreye girmesini önlemek için, kontaktörlere seri olarak normalde kapalı emniyet kontakları (İ ve G) bağlanmıştır. Bu sayede ileri kontaktörü çekik durumdayken geri kontaktörüne seri bağlı bulunan normalde kapalı İ kontağı açılır. Geri startına basılsa dahî geri kontaktörü çalışamaz. 129

130 Eğer emniyet amaçlı kontaklar bağlanmayacak olursa iki kontaktörde aynı anda devreye girebilir. Bu ise fazların çakışmasına yol açarak sigortaları attırır. Şekil 9.36: Üç fazlı asenkron motorların kesik ve sürekli çalıştırılmasına ilişkin kumanda ve güç devrelerinin ABD normlarına göre çizilmesi R durdurma Durdurma (stop) İ İ Mp İ İ G İ M güç devresi Şekil 9.37: Üç fazlı asenkron motorların kontak kilitlemeli olarak ileri ve geri yönde çalıştırılmasına ilişkin kumanda ve güç devrelerinin ABD normlarına göre çizilmesi d. Üç fazlı asenkron motorların bir süre çalıştırılıp durdurulması: Şekil 9.38'de starta basılınca kontaktör enerjilenir. Alıcı çalışmaya başlar. Zaman rölesinin kontakları ayarlanan süre sonunda konum değiştirince kontaktöre seri bağlı zaman rölesi kontağından akım geçmeyeceğinden alıcı durur. Motor kalkış akımını düşürücü kumanda devreleri: 4 kw'tan büyük güçlü motorlar kalkış anında normal akımlarından 4-10 kat daha fazla akım çektiklerinden besleme sistemlerinde istenmeyen Şekil 9.38: Üç fazlı asenkron motorların bir süre çalıştırılıp durdurulmasına ilişkin kumanda ve güç devrelerinin ABD ve TSE (Türk) normlarına göre çizilmesi voltaj düşmelerine neden olabilirler. İşte bu nedenle düşük akımla kalkışı sağlayan devreler kullanılır. Uygulamada en çok yıldız/üçgen yol verme devresi yaygındır. Bu yöntemde, motorun sargıları önce yıldız olarak bağlanır. 2-4 saniye sonra motor normal devrine ulaşınca sargıların yıldız bağlantısı otomatik olarak açılıp üçgen bağlantı yapılır Zaman röleli yıldız/üçgen yol verme devresi: Şekil 9.39'da verilen devrede başlatma butonuna basılınca M ve yıldız kontaktörüyle zaman rölesi çalışmaya başlar. 2-4 s sonra zaman rölesi normalde kapalı gecikmeli açılan (GA) kontağını açar, gecikmeli kapanan (GK) kontağını ise kapatır. Zaman rölesinin kontaklarının konumunun değişmesiyle birlikte yıldız kontaktörü devreden çıkar ve üçgen kontaktörü devreye girer. 130

131 Motorların frenlenmesi: Asansör, vinç, torna tezgâhı vb. gibi sistemlerin anî olarak durabilmesi için şekil 9.40'ta görülen fren durdurma başlatma düzenekleri geliştirilmiştir. Uygulamada en çok kullanılan durdurma yöntemi balatalı frenlemedir. Bu sistemde motora enerji uygulandığı anda fren bobini de enerjilenir ve balatalar açılarak rotorun dönüşü başlar. Motorun enerjisi kesilince fren bobini de akımsız kalır. Bu durumda sert yaylarla itilen balatalar rotoru sıkıca kavrayarak rotoru hemen durdurur. Dinamik frenleme adı verilen yöntemde ise dönmekte olan motorun AC akımı kesildikten sonra kısa süreli olarak DC akım uygulanır. Şekil 9.39: Üç fazlı asenkron yıldız/üçgen çalıştırılmasına ilişkin kumanda ve güç devresinin ABD normlarına göre çizilmesi Stator sargılarına DC'nin uygulanmasıyla birlikte, statik (değişmeyen, durgun) manyetik alan oluşur. Bu ise rotoru hemen durdurur. Dinamik frenleme yöntemi daha çok yatay hareket eden sistemlerde kullanılır. R S T diyotlar Şekil 9.40: Balatalı frenlemenin yapısı Üç fazlı asenkron motorların dinamik frenleme yöntemiyle durdurulması: Şekil 9.41'de verilen şemada starta basılınca motor çalışır. Stop butonuna çok yavaş olarak dokunulursa DF kontaktörü devreye giremez ve motor belli bir süre döndükten sonra durur. Stop butonuna hızlıca (kuvvetlice) basılırsa M kontaktörü devreden çıkarken, DF kontaktörü ve ZR devreye girer. DF'nin enerjilenmesi trafonun çalışmasını sağlar. Trafonun çıkışındaki AC gerilim diyotlar tarafından doğrultularak motorun sargılarına uygulanır. AC ile çalışacak şekilde üretilmiş asenkron motorun stator sargılarına DC uygulandığı anda, motorun stator sargılarda durgun bir manyetik alan oluşur. Zaman rölesi sayesinde 1-4 saniye gibi çok kısa bir süre boyunca DC akımın uygulandığı motorun devir sayısı hemen sıfır değerine iner. Motor durunca zaman rölesi, normalde kapalı kontağını açarak DF kontaktörünü devreden çıkarır. Dinamik frenleme işleminde motora uygulanacak DC gerilimin değeri, durdurulacak motorun özelliklerine göre değişmektedir. 131

132 diyotlar 1N4001 1N V Şekil 9.41: Üç fazlı asenkron motorların dinamik olarak frenlenmesine ilişkin kumanda ve güç devrelerinin ABD normlarına göre çizilmesi Dinamik frenlemede motora uygulanacak DC'nin gerilim ve gücünün bulunuşu şöyledir: Motor yıldız bağlı olarak çalıştırılıyorsa I. Motorun üç sargısından herhangi birisinin (örneğin U-X) direnç değeri ohmmetreyle ölçülür. Daha sonra bu değer 1,5 katsayısıyla çarpılarak sargıların toplam direnci (R T ) hesaplanır. II. Motorun etiketine bakılarak çektiği anma akımı belirlenir. V DC = I.R T denklemi kullanılarak motora uygulanacak DC'nin gerilim değeri bulunur. III. Motoru durdurmada kullanılacak DC güç kaynağının güç değeri ise P = V DC.I denklemiyle hesaplanır. Motor üçgen bağlı olarak çalıştırılıyorsa I. Motorun üç sargısından herhangi birisinin (örneğin U-X) direnç değeri ohmmetreyle ölçülür. Daha sonra bu değer 2'ye bölünerek sargıların toplam direnci (R T ) hesaplanır. II. Motorun etiketine bakılarak çektiği anma akımı belirlenir. V DC = I.R T denklemi kullanılarak motora uygulanacak DC'nin gerilim değeri belirlenir. III. Motoru durdurmada kullanılacak DC güç kaynağının güç değeri ise P = V DC.I denklemiyle bulunur. Sorular 1. Kontaktörün iç yapısını çiziniz ve çalışmasını anlatınız. 2. Kontaktörlerin yapısını anlatınız. 3. Bir start, bir stoplu yol verme devresinin kumanda ve güç devresini ABD standartlarına göre çiziniz. 4. Termik aşırı akım rölesinin yapısını çizerek çalışmasını anlatınız. 132

133 Bölüm 10: Elektrikli motorlar Giriş: Elektrikli motorlar son derece yaygın bir kullanım alanına sahip hareket üniteleridir. Elektronik sistemlerle yapılan otomasyon donanımlarının iyi bir şekilde kurulabilmesi, bakım onarımının yapılabilmesi için motorların özelliklerinin öğrenilmesi gerekir. voltmetre mıknatıs bobin V iletken Şekil 10.1: Manyetik alan içinde hareket ettirilen iletkende gerilimin oluşumu Şekil 10.2: Bir fazlı AC üreten alternatörün prensip düzeneği A. Alternatör (generatör)'ler N-S manyetik alanı içine konulan iletken şekil 10.1'de görüldüğü gibi yukarı aşağı hareket ettirilirse, iletkenin uçlarında değişken bir gerilim oluşur. N-S manyetik alanı içine konulan bobin şekil 10.2'de görüldüğü gibi döndürülecek olursa dalgalı bir gerilim oluşur. Bobinde oluşan akım ve gerilimin eğrisi sinüs grafiğine benzediğinden sinüsoidal olarak adlandırılır. Şekil 10.3'te N-S alanı içinde döndürülen bobinde oluşan AC'nin şekli verilmiştir. Üç fazlı enerji dağıtım sisteminin yapısı: AC üreten alternatörün içine yerleştirilen bobin bir adet ise elde edilen enerji de tek fazlı olur. Ancak uygulamada kullanılan alternatörlerin içinde şekil 10.4'te görüldüğü gibi birbirine 120 açılı olarak yerleştirilmiş üç bobin vardır. Bu üç bobinin birer ucu köprülenmiş ve elde edilen dördüncü uca nötr hattı denilmiştir. Üç bobinin çıkış uçlarının adları R-S-T'dir. Alternatör içine yerleştirilmiş olan üç sargı şekil 10.4'te görüldüğü gibi, N-S manyetik alanı altından geçirildiği zaman kuvvet çizgilerinin etkisiyle sargıların içindeki elektronlar ve oyuklar hareket etmeye başlayarak akımı oluşturmaktadır. 133 Şekil 10.3: N-S alanı içinde dönen bobinde oluşan AC'nin şekli Şekil 10.4: Üç fazlı alternatörlerin yapısı

134 Şekil 10.4'te yapısı verilen V, I alternatörün ürettiği elektrik R S T enerjisinin gerilim değeri şekil 10.5'te görüldüğü gibi değişim t (s) gösterir. 3 fazlı alternatörün üç sargısında oluşan gerilimlerin arasında 120 'lik faz farkı (gecikme) olmasının sebebi, sarımların 120 aralıklı olarak yerleştirilmesidir. Eğer, alternatörün Şekil 10.5: Üç fazlı AC'nin sinüsoidal biçimli eğrileri tüm sargıları aynı oyuklara yerleştirilseydi, oluşan akımlar da aynı zaman aralığında aynı değerlerde olurdu. Fakat bu, alıcı olarak kullanılan üç fazlı asenkron motorların çalıştırılmasında zorluk çıkardığından tercih edilmez. Dinamolar (jeneratör, DC üreten makine): Dinamoların yapısı alternatörlere çok benzer. Tek fark, şekil 10.7'de görüldüğü gibi bilezik yerine kolektör (komütatör) dilimlerinin kullanılıyor olmasıdır. Dinamonun bobini dönerken oluşan akımın sürekli tek yönlü akmasını sağlamak için kullanılan kolektör dilimleri AC olarak üretilen akımı DC'ye çevirir. Durumu şöyle açıklayabiliriz: Bobinin N kutbu altından geçen iki kenarı vardır. Bu kenarlara a ve b adını verelim. a kenarı mıknatısın N kutbunun altından geçerken ürettiği gerilim c fırçası aracılığıyla alıcıya ulaşır. b kenarı mıknatısın N kutbu altından geçerken ürettiği gerilim yine c fırçası üzerinden geçerek alıcıya ulaşır. Sonuçta sabit olan fırçalar alıcıdan hep aynı yönde akım geçmesini sağlar. bile z ik Bobinden AC alabilmek için bilezikler kullanılır. Bobinden DC alabilmek için kolektörler kullanılır. c d a b Kollektör kolektör dilimi Şekil 10.6: AC üretecinin (alternatör) yapısı Şekil 10.7: DC dinamosunun yapısı B. Elektrikli motorlar AC ya da DC elektrik enerjisini dairesel harekete çeviren araçlara motor denir. a. İçinden akım geçen iletken ve bobinin N- S manyetik alanı içindeki davranışı: N-S mıknatıs kutupları arasına bir iletken yerleştirilir ve iletkenden akım geçirilirse, iletkenin çevresinde şekil 10.8'de görüldüğü gibi bir manyetik alan oluşur. Oluşan alan ile mıknatısın alanı birbirini iteceğinden, iletken şekil 10.9'da görüldüğü gibi hareket eder. N-S mıknatıs kutupları arasına bir bobin yerleştirilir ve bobinden akım geçirilirse 134 akım Şekil 10.8: İçinden akım geçen bir iletkenin etrafında oluşan manyetik alanın dönüş yönünün gösterilmesi Şekil 10.9: İçinden akım geçen bir iletkenin N-S alanı içinde hareket edişi

135 bobinin çevresinde oluşan alan ile mıknatısın alanı birbirini iteceğinden, bobin şekil 10.10'da görüldüğü gibi dönmeye başlar. b. DC ve AC ile çalışan motorların parçaları: Elektrikli motorlar çeşitli parçaların birleşiminden oluşur. Şimdi bunları inceleyelim. I. Endüvi: Endüvi, DC dinamo, DC motor ve AC seri motorun dönen kısımdır. Bu eleman, 0,3-0,7 mm kalınlığında çelik saclardan yapılmış silindirik gövde üzerine açılmış oluklara yerleştirilmiş sargılardan oluşmuştur. Endüvi sargılarının uçları bakır dilimlerinden yapılmış olan ve üzerine fırçaların temas ettiği kısma (kolektöre) bağlanmıştır. Şekil 10.11'de endüvinin yapısı verilmiştir. Şekil 10.10: İçinden akım geçen iletkenin N-S kutup alanı içindeki davranışı bayrakçık sac paketi mil Ek bilgi: Endüvide balans (denge) Sarımı yapılan endüvinin dengeli bir şekilde dönmesini ve rulmanların çabucak bozulmasını önlemek için balans işlemi yapılır. Bu işlem oyuklar sonucunda endüvinin ağırlık merkezi tam ortada saclar oyuklar olur. Yani balans ayarı iyi yapılmış mili döndürünce kolektör mil hep aynı noktada durmaz. Bozulan bir endüvi yeniden sarıldığında eğer balans ayarı yapılmazsa çalışma ömrü uzun olmaz. Günümüzde balans ayarı yapmak için makineler sargılar geliştirilmiştir. Şekil 10.11: Endüvinin yapısı Bir endüvinin balans ayarının yapılıp yapılmadığını anlamak için gövde üzerine bakmak yeterlidir. Gövde üzerinde bazı kısımlardan delme, oyma yoluyla sac alınmışsa balans işlemi yapılmış demektir. fırça kolektör bobinler kolektör fırça bayrakcık bağlantı uçları mil fırça Şekil 10.12: Kolektörün yapısı II. Kolektör: Kolektör, DC ya da AC ile çalışan makinelerde endüvi sargılarının bağlandığı, silindirik yapılı bakır kuşaktır. Bu eleman, şekil 10.12'de görüldüğü gibi haddeden geçirilmiş sert bakırdan pres edilerek ve dilimler arasına 0,5-1,5 mm mika, mikanit konularak üretilmektedir. Kolektör, DC ve AC makinelerin en çok arıza yapan kısmıdır. Endüvi sargılarının uçları kolektörün yarıklarına ya da bayrakçık adı verilen çıkıntılarına bağlanır. Gerçekte kolektör dilimleri arasına konulan mika, mikanit yüksek gerilimlere dayanabilirse de, zamanla dilimlerin arası toz, çapak, yağ vb. ile dolarak arızaya neden olabilir. Dilimler arasındaki boşluklar arıza durumunda kontrol edilmeli, boşluğu doldurmuş olan yabancı maddeler temizlenmelidir. 135

136 DC dinamolarda kolektörün görevi: Endüvide oluşan gerilimin dışarıya gönderilmesini sağlar. DC ve AC motorlarda kolektörün görevi: Dışarıdan uygulanan DC ya da AC akımın endüvi sarımlarına ulaştırılmasını sağlar. III. Fırça: DC ve AC ile çalışan kolektörlü makinelerin kolektöre basan parçalarına fırça (kömür) denir. Şekil 10.13'te görülen fırçalar, makinenin akım ve gerilim değerine göre farklı özelliklerde (sert, orta sert, yumuşak karbon, karbon-bakır alaşımlı vb.) üretilir. Fırçaların kolektöre düzgünce basmasını sağlamak için baskı yayları kullanılır. Fırçalar aşınıcı olduğundan zamanla biter. Bu durum makinenin sesinden, kolektörde aşırı kıvılcım oluşmasından anlaşılabilir. yay fırça Şekil 10.13: Fırçalar indüktör bobini Şekil 10.14: İndüktörün yapısı kutup (indüktör) nüvesi IV. İndüktör (kutup): DC ya da AC ile çalışan makinelerde N-S kutuplarının oluşturulması için yapılmış olan sargıların yerleştirildiği kısma indüktör denir. Küçük makinelerin indüktörleri doğal mıknatıstan yapılırken, yüksek güçlü makine indüktörleri şekil 10.14'te görüldüğü gibi bobinlerle oluşturulur. İndüktörlerin nüvesi (göbek) AC ile çalışan makinelerde 0,60-1,40 mm kalınlığında silisyumlu sacların preste sıkıştırılmasıyla elde edilir. DC ile çalışan küçük güçlü makinelerin indüktörlerinin nüveleri ise tek parça demirden yapılır. statoru oluşturan ince saclar boş stator sargıların boş statora yerleştirilmesi Resim 10.1: Statorun yapısı V. Stator: AC ile çalışan motorlarda manyetik alan oluşturmak için yerleştirilen sargıların bulunduğu dönmeyen kısımdır. Resim 10.1'de görülen stator 0,35-0,8 mm'lik silisyum katkılı sacların preslenmesiyle üretilir. VI. Rotor: Resim 10.2'de yapısı görülen rotor, AC ile çalışan motorlarda mekanik enerjiyi oluşturan, yani dönen kısımdır. Rotorlar iki şekilde üretilirler. a. Sincap kafesine benzeyen kısa devre çubuklu rotorlar, b. Sargılı (bilezikli) rotorlar Sincap kafesli (kısa devre çubuklu) rotorlar daha yaygındır. Sargılı rotorlar ise büyük güçlü motorlarda kullanılmaktadır. 136 sarılmış stator montajı yapılmış motor

137 Resim 10.2: Sincap kafesli (kısa devre çubuklu) rotorun yapısı VII. Yatak ve rulmanlar: Rotor ya da endüvinin kolayca dönmesini sağlayan mekanik yapılı parçalardır. Rotorlar küçük güçlü motorlarda pirinç vb. madenler kullanılarak yapılmış bilezik biçimli, yağlanmış yataklar (murç) kullanılır. Büyük güçlü motor yatakları ise rulmandır. Şekil 10.15'te yatak ve rulmanların yapısı görülmektedir. kafes yatak bilye Şekil 10.15: Yatak ve rulmanlar VIII. Gövde ve kapaklar: Resim 10.3'te görülen gövde ve kapaklar motoru dış etkilere karşı korumak için alüminyum, demir ya da demir alaşımından üretilir. Rotorun stator içinde merkezi olarak yataklanması görevini ise kapaklar yapar. IX. Soğutma pervanesi (fan): 0-20 kw arası güce sahip motorlar resim 10.4'te görülen pervaneler kullanılarak hava ile soğutulur. Motorun dönen miline bağlanan plastik ya da metal pervane, gövdenin sıcaklığını kolayca atmasını sağlar. kapak Resim 10.3: Gövde ve kapaklar Resim 10.4: Soğut-ma pervanesi (fan) X. Klemens kutusu (bağlantı terminali): Statora yerleştirilen sargıların bağlantı uçları klemens kutusuna çıkarılır. Üç fazlı motorların klemens kutusunda resim 10.5'te görüldüğü gibi 6 adet bağlantı noktası vardır. Asenkron motorlarda sargı uçlarının adları şöyledir: R fazı için: Giriş ucu: U, Çıkış ucu: X S fazı için: Giriş ucu: V, Çıkış ucu: Y T fazı için: Giriş ucu: W, Çıkış ucu: Z ile gösterilir. Motorun klemens kutusuna uçlar çıkarılırken diziliş şöyle olur: Giriş uçlarının dizilişi: U, V, W Çıkış uçlarının dizilişi: Z, X, Y Not: Çıkış uçlarının yer değiştirmesinin nedeni, sargıları üçgen bağlamayı kolaylaştırmaktır. 0-4 kw (5 HP) güce kadar olan motorların üç faz sarımları yıldız olarak bağlandıktan sonra 137

138 Resim 10.5: Bağlantı klemensleri RST uygulanır. 4 kw (5 HP) ve üzeri güce sahip üç fazlı motorların sarımları ise üçgen bağlandıktan sonra RST uygulanır. XI. Motor etiketleri: Motorların özelliklerini belirtmek amacıyla alüminyum etiketler gövdeye takılır. Etikette bulunan değerlere bakılarak, çalışma gerilimi, akım, devir sayısı vb. öğrenilebilir. Motor etiketlerinde şu bilgiler bulunur: -Motoru üreten firmanın adı -Motorun kullandığı akım (DC, AC) -Motorun modeli, tipi (Gm 200L, GML4a...) -Motorun sargılarının bağlanış şekli (yıldız, üçgen) -Motorun normal çalışma akımı -Motorun sargılarının güç katsayısı (faz farkı) -Motorun normal çalışma gerilimi (220 V, 380 V) -Motorun gücü (1 kw, 7,5 kw, 10 HP gibi) -Motorun çalışma frekansı -Devir sayısı -Motorun dayanabileceği maksimum sıcaklık değeri (40 C, 60 C...) -Motor ağırlığı -Üretim yılı Ek bilgi: AC'de faz farkı Elektrik akımı akkor lamba, ütü, fırın gibi omik dirençli alıcılardan geçerken sadece bir tek direnç ile karşılaşır. Biz buna omik direnç diyoruz. Omik dirençlerde akım ile gerilim arasında elektriksel bir açı söz konusu değildir. Yani akımla gerilim aynı fazdadır. Balast, trafo, motor gibi indüktif özellikli alıcılara akım uygulandığında ise bazı elektriksel olaylar ortaya çıkar. Yani bu alıcılar şebekeden çektikleri akımın bir bölümünü şebekeye geri Şekil 10.16: Motor etiketi verirler. Bu işlem şöyle gerçekleşir: Sistemden çekilen enerjinin bir kısmı omik dirençler tarafından harcanırken, bir kısmı da sargıların etrafında manyetik alan oluşturur. Sargıların etrafında oluşan alan, AC akımın tepe değerden minimum değere inmesi durumlarında, kendi üzerinde gerilim (EMK) indükler ve bunu şebekeye geri verir. İşte şebekeyle alıcı arasında yaşanan akım alış verişi faz farkı adı verilen durumu ortaya çıkarır. Bir bobinin indüktansı ne kadar büyükse, reaktansı da o kadar büyük olur. Reaktansı büyük olan indüktif alıcı ise aldığı akımın büyük bir bölümünü şebekeye geri verir. Bobinin bu davranışı akım gerilimden geri fazda şeklinde ifade edilir. Kapasitif alıcılar (kondansatör) ise şebekeden çektikleri akımı plakalarına doldurur, sonra da bunu sisteme geri verirler. Bu sebepten dolayı kapasitif alıcılar akımın gerilimden elektriksel bakımdan ileride olmasını sağlar. Verilen bu kısa bilgiler iyi anlaşılacak olursa bir fazlı yardımcı sargılı motorların çalışması daha kolay anlaşılabilir. 138

139 fan kapağı soğutucu pervane (fan) motor kapağı sargılar mil rotor rulman stator motor kapağı Asenkron motorların çeşitleri a. Bir fazlı (monofaze) yardımcı sargılı asenkron motorlar: Resim 10.6'da yapısı görülen 1 fazlı yardımcı sargılı motorlar AC 220 V ile çalışır. Bu motorlar, çamaşır makinesi, su pompası, buzdolabı, mini torna tezgâhı vb. gibi makinelerde kullanılır. Yardımcı sargılı asenkron motorlar 1/2-1-1,5-2 HP gücünde üretilir. (Not: 1 HP, 736 W'tır.) Yardımcı sargılı motorların statorunda şekil 10.17'de görüldüğü gibi ana sargı (AS) ve yardımcı sargı (YS) olmak üzere iki ayrı sargı vardır. Ana sargı U-X ile, yardımcı sargı ise W-Z ile gösterilir. Statora yerleştirilmiş iki sargı öyle konumlandırılır ki; bunların oluşturduğu manyetik alanlar arasında 90 'lik elektriksel açı meydana gelir. Bu tip motorların ana sargısı kalın kesitli telden az sipirli, yardımcı sargısı ise ince telden çok sipirli olarak sarılır. Yardımcı sargılı asenkron motorların ana sargısı kalın kesitli az sarımlı olduğundan omik direnci (R AS ) küçük, indüktif reaktansı (X AS ) büyüktür. Yardımcı sargı ise ince kesitli çok sarımlı olduğundan omik direnci (R YS ) büyük, indüktif reaktansı (X YS ) küçüktür. Bu sebeple ana sargıdan geçen akım gerilimden şekil 10.18'de görüldüğü gibi 90 ye yakın geri kalır. Bu tip motorlarda ana sargı motorun esas görev yapan terminal kutusu gövde Resim 10.6: Bir fazlı yardımcı sargılı asenkron motorun yapısı U W AC ana sargı yardımcı sargı Şekil 10.17: Bir fazlı yardımcı sargılı asenkron motorun içinde bulunan ana ve yardımcı sargılar I T (A) Şekil 10.18: AS ile YS arasındaki faz farkı kısmıdır. Yardımcı sargı ise sadece yol almayı kolaylaştırır. Yani yardımcı sargı 2-4 saniye çalıştıktan sonra devreden çıkar. Bazı modellerde ise yardımcı sargı sürekli devrede kalmaktadır. Bir fazlı yardımcı sargılı asenkron motor çeşitleri I. Dirençle yol alan yardımcı sargılı motorlar: Şekil 10.19'da yapısı görülen bu tip motorlarda yardımcı sargıya seri olarak omik direnç (R) bağlıdır. Bu sayede yardımcı sargının gerilimden geri kalma açısı küçülmektedir. Ana sargının akımı ise gerilimden 90 ye yakın geridir. Sonuçta motor statorunda birbirinden 90 faz farklı iki manyetik alan oluşur. İki alanın rotor 139 X Z I AS I YS U (V)

140 çubuklarını kesmesi sonucunda rotor etrafında 2 manyetik alanı doğar. 1 alanı ile 2 alanının birbirini itmesi sonucunda rotor döner. Rotor devrini aldıktan sonra yardımcı sargı devreden çıkarılır. II. Kondansatörle yol alan yardımcı sargılı motorlar: Şekil 10.20'de yapısı görülen bu tip motorlarda yardımcı sargıya seri olarak kondansatör (C) bağlanmıştır. Kondansatörler akımın gerilimden ileriye geçmesine neden olduğundan ana sargı ile yardımcı sargı arasındaki açıyı şekil 10.21'de görüldüğü gibi tam 90 yapmak mümkün olur. Bu da rotorun dönüşünün kolay olmasını sağlar. C ile yol alan bir fazlı motorlar yük altında iken kalkış yapabilir. Bu özellikleri sayesinde, soğutucu, çamaşır makinesi, dikiş makinesi, kompresör, brülör vb. cihazlarda kullanılırlar. Bir fazlı yardımcı sargılı motorlarda kullanılan kondansatörün değerleri şunlardır: Motor gücü Kapasite (µf) 0,50 HP (0,35 kw) ,55 HP (0,40 kw) ,70 HP (0,50 kw) ,90 HP (0,70 kw) ,10 HP (0,80 kw) ,30 HP (1,10 kw) AC 220 V AS direnç direnç Resim 10.7: Yol verme dirençleri III. Kondansatörle yol alan ve kondansatör çalıştırmalı bir fazlı motorlar Tek kondansatörlü bir fazlı motorlar: Şekil 10.22'de görüldğü gibi yardımcı sargıya seri bağlı olan kondansatör sürekli olarak devrededir. Bu kondansatör yol almayı kolaylaştırır. Tek kondansatörlü bir fazlı motorlar matkap, aspiratör vb. gibi yerlerde kullanılır. Çift kondansatörlü bir fazlı motorlar: Kapasitesi küçük değerli olan C 1 kondansatörü yardımcı sargıya sürekli seri bağlıdır. Kapasitesi büyük değerde olan C 2 kondansatörü ise yalnız yol alma anında devreye girer. Yol alma anında iki kondansatörün paralel bağlı olması nedeniyle kapasite yüksek değerdedir. Bu sayede motor yüksek bir kalkış momentiyle yol alır. Rotor devri normal düzeyin % 75'ine ulaşınca C 2 kondansatörü, S merkezkaç anahtarı tarafından devreden çıkarılır. Şekil 10.23'e bakınız. 140 C Şekil 10.20: Kondansatörle yol alan bir fazlı motor S YS AC 220 V AS R S Şekil 10.19: Dirençle yol alan bir fazlı motor I I AS I YS YS Şekil 10.21: Kondansatörle yol alan bir fazlı motorda AS ile YS arasında oluşan faz farkı AC 220 V AS C Şekil 10.22: Tek kondansatörlü bir fazlı motor YS

141 Çift kondansatörlü motorlar yol alma momentinin yüksek olmasının gerektiği cihazlarda (kompresör, soğutucu vb.) kullanılır. C 2 S Bir fazlı motorlarda yardımcı sargıyı devreden çıkarma yöntemleri: Uygulamada kullanılan motorlarda yardımcı sargıyı devreden çıkarmak için, I. Merkezkaç (santrafüj) anahtar, II. Yol verme rölesi, III. Yaylı pako şalter, IV. Zaman röleli kumanda, V. Triyaklı devre, VI. Isınan telli röle (Delco) kullanılmaktadır. AC 220 V AS C 1 Şekil 10.23: Çift kondansatörlü bir fazlı motor YS I. Merkezkaç (santrafüj) anahtar ile yardımcı sargının devreden çıkarılması: Motor normal hızının yaklaşık % 75 lik kısmına ulaştığında merkezkaç etkisinden ötürü santrafüj anahtarın kontakları şekil 10.25'te görüldüğü gibi açılır. Merkezkaç düzeneği motorun rotor miline takılmış olup, motor dururken gövdeye takılı kapakta bulunan kontakları kapatan ve motor çalıştıktan sonra merkezkaç kuvvetle açılıp geriye çekilerek kontakları açan bir anahtardır. Şekil 10.25'te görüldüğü gibi mil üzerindeki ağırlıklar dönüşten dolayı savrularak milden uzaklaşır. Uzaklaşırken de bilezikler ok yönünde çekilir ve gövdedeki yaylı kontak açılarak yardımcı sargıyı devreden çıkarır. anahtar fiber anahtar kontaklar ağırlık motor dururken motor çalışırken merkezkaç kuvvet Şekil 10.24: Merkezkaç anahtarın kontaklarının görünüşü Şekil 10.25: Rotor miline bağlanan düzeneğin merkezkaç etkisiyle açılıp statordaki kontakların konumunu değiştirmesi II. Yol verme (ilk hareket, YVR) rölesiyle yardımcı sargının devreden çıkarılması: Şekil 10.26'da verilen devreye AC 220 V uygulandığında ilk önce sadece ana sargıdan akım geçer. Ana sargının manyetik alanı tek başına rotorun dönmeye başlamasını sağlayamayacağından dolayı ana sargının çektiği akım artar. Ana sargının akımının yükselmesi yol verme rölesinin bobininden geçen akımı da artırır. Ana sargıya seri bağlı olan rölenin nüvesi bobinde oluşan yüksek şiddetli manyetik alandan etkilenerek hareket eder ve kontakları kapatır. Rölenin kontaklarının kapanması yardımcı sargıya akım gitmesini sağlar. YS'nin devreye girmesiyle birlikte motor yol alır. Rotorun dönüşü başlayınca ana sargının çektiği akım düştüğünden yol verme rölesinin kontakları eski konumuna geri dönerek yardımcı sargının akımını keser. YS nin akımı kesilmesine rağmen rotor dönüşünü sürdürür. 141 V C YVR AS rotor YS Şekil 10.26: Yol verme (ilk hareket) rölesiyle yardımcı sargının devreden çıkarılması

142 Yol verme rölesiyle yardımcı sargıyı devreden çıkarma yöntemi buzdolabı motorlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Yol verme rölesinin (YVR) yapısı: Şekil 10.27'de görüldüğü gibi kalın kesitli telden az sipirli olarak sarılmış mini bobin, nüve ve kontaklardan oluşan basit bir düzeneğe sahiptir. Buzdolabı, çamaşır makinesi vb. gibi aygıtlarda kullanılan yardımcı sargılı motorlarının yol alma devresinde kullanılır. Rölenin bobininden geçen akımın değeri küçük iken nüvede oluşan mıknatısiyetin değeri az olduğundan palet hareket etmez ve kontaklar konum değiştirmez. Bobinden geçen akım arttığı anda bobinin oluşturduğu elektromıknatısın çekme gücü de yükselir. Bu durumda nüve paleti çekerek kontakların konum değiştirmesini sağlar. start kontaklar bobin nüve Şekil 10.27: Yol verme rölesinin yapısı III. Yaylı pako şalter ile yardımcı sargının devreden çıkarılması: Şekil 10.28'de verilen çalışma diyagramında, şalter I konumuna getirilince ana sargı devreye girer. Ancak motor dönemez. Şalterin mandalı start konumuna getirildiğinde ise yardımcı sargı devreye girerek rotorun dönmesini sağlar. Motor çalışınca şalterin mandalından el çekilirse, mandal I konumuna geri döner (yaylı düzenek mandalı geri çeker). Motor ana sargı ile çalışmayı sürdürür. IV. Zaman rölesiyle yardımcı sargının devreden çıkarılması: Şekil 10.29'da verilen stop kumanda devresi Şekil 10.28: Bir fazlı yaylı pako şalterin çalışma diyagramı start devrede start butonuna basılınca M ve A kontaktörleri çalışmaya başlar. M ve A kontaktörlerinin kontaklarının kapanması bir fazlı motoru çalıştırır. 2-4 saniye sonra zaman rölesinin normalde kapalı olan kontağı açılarak A kontaktörünü devreden çıkarır. A devreden çıkınca YS'nin akımı kesilir. Motor AS ile çalışmasını sürdürür. V. Triyaklı devreyle yardımcı sargının devreden çıkarılması: Şekil 10.30'da görülen devreye AC uygulanınca ilk önce ana sargıdan akım geçer. Ancak motorun rotoru dönemez. Rotor dönmeyince ana sargının çektiği akım yükselir. Akımın yükselmesi ana sargıya 142 start 1/2 3/4 5/6 YS AS Şekil 10.29: Zaman röleli otomatik kumanda devresiyle yardımcı sargının devreden çıkarılması güç devresi

143 ana sargı rotor yardımcı sargı triyak V AS YS k P Şekil 10.30: Yardımcı sargının triyak ile devreden çıkarılması Şekil 10.31: Yardımcı sargının delco tipi röle ile devreden çıkarılması seri bağlı durumdaki ayarlı direnç (P) üzerinde oluşan gerilimi yükseltir. Ayarlı direncin geriliminin yükselmesi triyakın geytinin tetiklenmesine neden olarak yardımcı sargıdan akım geçmesini sağlar. İşte bu sırada rotor döner, ana sargının çektiği akım normal düzeyine iner. Ana sargının akımının normal düzeye inmesi pot üzerindeki gerilimin düşmesine yol açar. P'nin geriliminin düşmesi triyakı kesime sokar ve yardımcı sargı devreden çıkar. Not: Devrede ana sargıya seri bağlı olarak kullanılan ayarlı direncin gücü, ana sargının gücüne yakın değerde seçilir. Bu yöntem uygulamada yaygın değildir. VI. Isınan telli röle (Delco) ile yardımcı sargının devreden çıkarılması: Şekil 10.31'de görülen devrede motor çalışmaya başladığında AS ve YS devrededir. Bu sırada platin iridyumdan yapılmış tel ısınmaya başlar. Isınan tel uzayarak S kontağını açar ve YS'nin akımını keser. Motor çalışırken fazla akım çekerse platin iridyum biraz daha uzar ve M kontağı da açılır ve motor durur. Görüldüğü üzere Delco röleler hem yol vermede hem de motoru korumada görev yapar. Bu yöntem uygulamada pek yaygın değildir. stator gövde sargılar rulman dış kapak soğutucu pervane rotor klemens kutusu Resim 10.8: Üç fazlı asenkron motorun yapısı b. Üç fazlı (trifaze) asenkron motorlar: Resim 10.8'de yapısı görülen üç fazlı asenkron motorlar stator, rotor, rulmanlar, kapaklar, klemens kutusu, soğutma pervanesi ve gövdeden oluşur. Bu tip motorların göze çarpan ilk özelliği statorda oluşan manyetik alanın dakikadaki devir sayısı ile rotorun devir sayısı arasında % 2-5 arası bir fark (kayma) olmasıdır. Bu nedenle adı geçen motorlara asenkron (uyumsuz) adı verilmiştir. 143

144 DC ile çalışan kolektör ve fırçalı motorların sürekli bakım istemeleri, endüstriyel tesislerde kullanılan donanımlarda asenkron motorların daha çok tercih edilmesi sonucunu getirmektedir. Günümüzde sanayide kullanılan motorların % 85 - % 95'i asenkron tiptir. Asenkron motorlara, rotoru sincap kafesli motor, indüksiyon motor gibi adlar da verilmektedir. 2 kutuplu olarak sarılmış olan bir motorun devir sayısı: n s =60.f/p [d/d] denklemine göre 3000 devir/dakikadır. Not: p, motorun tek kutup sayısıdır. Kutup sayısına göre dakikadaki devir sayıları şöyledir: 2 kutuplu asenkron motorun devir sayısı: 3000 d/d 4 kutuplu asenkron motorun devir sayısı: 1500 d/d 6 kutuplu asenkron motorun devir sayısı: 1000 d/d 8 kutuplu asenkron motorun devir sayısı: 750 d/d'dır. Asenkron motorların sanayi tesislerinde çok kullanılmasının nedenleri şunlardır: I. Fiyatları ucuzdur. II. Az bakım isterler. III. Çalışma anında kıvılcım çıkarmazlar. IV. Devir sayıları yük ile az değişir. U U Z X Y Z X üçgen Üçgen bağlantı W V Yıldız yıldız bağlantı W V Y Şekil 10.32: Üç fazın stator sargılarının basitçe gösterilişi Şekil 10.33: Üç fazlı asenkron motorların stator sargılarının yıldız ve üçgen olarak bağlanışı Üç fazlı asenkron motorun çalışma ilkesi: Şekil 10.32'de görüldüğü gibi üç fazlı asenkron motorların statorunda, R-S-T fazlarının akımlarının dolaşması için birbirinden bağımsız üç sarım vardır. Motorun U-V-W uçlarına 380 voltluk R-S-T uygulandığı zaman sargılarda değişken ve sürekli olarak dönen bir manyetik alan ( 1 ) oluşur. Bu alanın kuvvet çizgileri sincap kafesine benzeyen rotorun içinden yüksek değerli akımların geçmesine neden olur. Rotorun içinde başlayan elektron hareketi (akım) ikinci bir manyetik alanın ( 2 ) oluşmasına yol açar. İşte bu durum, stator ve rotor manyetik alanlarının birbirini itip çekmesini sağlayarak dönüşü başlatır. 3 fazlı asenkron motorların içinde bulunan üç sargı yıldız ya da üçgen bağlanarak devreye sokulur. Yıldız bağlama motor sargılarının bir uçlarının (X-Y-Z) köprülenmesiyle yapılır. Üçgen bağlamada ise üç sargı birbirine seri bağlanır. Daha sonra seri bağlantının yapıldığı yerlere R-S-T uygulanır. Yıldız bağlı bir motor 380 V'luk kaynağa bağlandığında motorun her bir sargısına 220 V'luk gerilim düşer. Üçgen bağlı bir motor 380 V'luk kaynağa bağlandığında ise, motorun her bir sargısına 380 V'luk gerilim düşer. Yani yıldız bağlı olarak çalıştırılacak motorların sargıları 220 V'a, üçgen bağlı olarak çalıştırılacak motorların sargıları ise 380 V'a dayanabilecek şekilde üretilmektedir. Uygulamada hangi motorun sargılarının ne şekilde bağlanacağını anlamak için motorun etiketinde yazılı güç değerine bakılır. Bu yaklaşıma göre gücü 4 kw'a kadar olan üç fazlı asenkron motorların sargıları yıldız bağlanırken, gücü 4 kw'tan büyük olanların sargıları üçgen olarak bağlanır. Küçük güçlü olan üç fazlı asenkron motorlar ilk kalkış anında çok fazla akım çekmediklerinden direkt olarak yol alabilirler. Yani bu motorların sarımları yıldız bağlıyken R-S-T direkt olarak motora uygulanabilir. 144

145 Ancak gücü 4 kw'tan fazla olan ve üçgen bağlı çalışan motorlar ilk kalkış anında normal akımın 4-10 katı fazla akım çekerek besleme sistemlerinde dengesizleşmelere sebep olabilir. İşte bu nedenle üçgen bağlı olarak çalışması gereken motor ilk kalkış anında yıldız bağlı olarak çalıştırılır. Yıldız bağlı çalıştırmanın amacı motorun sargılarına 380 V değil, 220 V vermektir. Fazla akım çekerek çalışmaya başlayan bir motora 2-4 saniye süresince düşük gerilim uygulamanın bir sakıncası yoktur. Aksine, bu uygulama sayesinde büyük güçlü motor az akım çekerek dönmeye başlamaktadır. 4 kw'tan büyük güçlü motorlara kalkış akımını düşürerek yol vermede kullanılan diğer yöntemler şunlardır: I. Seri dirençle yol verme, II. Seri bobinle (reaktans) yol verme, III. Ototrafosuyla (ayarlı çıkışlı trafo) yol verme, IV. Elektronik yapılı statik yol vericiyle çalıştırma Asenkron motorlarda kayma: Asenkron motorlarda rotorun dakikadaki devir sayısı statorda oluşan manyetik alanın dönüş sayısından bir miktar azdır. Kayma olarak adlandırılan bu durum yüzdesel olarak, % s = [(n s -n r )/n s ].100 denklemiyle bulunabilir. Örnek: 2 kutuplu bir motorun devir sayısı 3000 d/d'dır. Turmetre ile yapılan ölçümde rotor devir sayısı 2850 olarak bulunmuştur. Kaymayı (s) bulunuz. Çözüm % s = [(n s -n r )/n s ].100 = [( )/3000].100 = (150/3000).100 = % 5 R S T U V W R S T U V W Z X Y Z X Y Üç fazlı asenkron motorların devir yönünün değiştirilmesi: Motorun devir yönünü değiştirmek için uygulanan üç fazlı AC'nin fazlarından herhangi ikisinin yerlerinin değiştirilmesi yeterlidir. Şekil 10.34'te üç fazlı asenkron motorun devir yönünün değiştirilişi gösterilmiştir. Şekil 10.34: Üç fazlı asenkron motorların devir yönünün değiştirilmesi Asenkron motorların devir sayısını ayarlama yöntemleri: Asenkron motorlarda devir sayısı, n s = (60.f)/p denkleminden de anlaşılacağı gibi motorun kutup sayısı ve şebekenin frekansına bağlı olarak değişmektedir. Deviri ayarlama yöntemleri şunlardır: I. Elektronik yapılı frekans değiştiricilerle devir ayarı: Günümüzde elektronik frekans değiştiricilerle (konvertisör) asenkron Resim 10.9: Üç fazlı asenkron motorların devir sayısını, frekansı değiştirerek ayarlayan hız kontrol cihazı motorların devir ayarı geniş sınırlar içinde yapılabilmektedir. Gıda, çimento, tekstil vb. sektörlerde kullanılan üretim sistemlerinde kullanılan asenkron motorların büyük bölümünde frekans değiştirici devreleriyle hız kontrolü yapılmaktadır. Bu yöntem son derece yararlı ve otomasyonu 145

146 kolaylaştırıcı niteliktedir. Resim 10.9'da motor hız kontrol devresi örneği görülmektedir. II. Dahlender bağlama ile devir ayarı: Motorun statoruna yerleştirilen sargıların ortasından çıkarılan uçlar çeşitli şekillerde bağlanarak kutup sayısı değiştirilir ve devir ayarı yapılır. (Yaygın değildir.) III. Statora birbirinden bağımsız birden çok sarım yaparak devir ayarı: Motorun stator oyuklarına iki sarım yerleştirilir. Kontaktörlerle yapılan devrelerle isteğe göre bir sarıma akım uygulanır. Sarımların kutup sayısı ayrı ayrı düzenlendiğinden devir sayısı da değişmiş olur. Az kullanılan bir yöntemdir. IV. Dişli sistemleri (redüktör) kullanarak devir ayarı: Resim 10.10'da kesit görünüşü verilen dişli sistemli redüktör ile bir motorun deviri istenilen sayıya indirilebilmektedir. (Not: Devir sayısı düştükçe motor momenti artar.) DC ile çalışan elektrikli motor çeşitleri: Devir ayarlarının kolay yapılması nedeniyle çeşitli endüstriyel Resim 10.10: Motorların devir sayısının redüktörle ayarlanması sistemlerde kullanılan DC motorların bir çok tipi vardır. Bu bölümde en yaygın olan DC motorları hakkında bilgi verilecektir. a. Doğal (sabit) mıknatıslı DC ile çalışan elektrikli motorlar: Şekil 10.35'te yapısı verilen bu motorların N-S manyetik alanını oluşturan kutupları doğal mıknatıstan yapılmıştır. Dönen kısımları (endüvi) ise fırça ve kolektör aracılığıyla DC akımla beslenmektedir. Doğal mıknatıslı DC motorlara uygulanan akım endüvi sargılarında bir alan oluşturur. Endüvinin alanıyla kutupların alanı birbirini itip çekerek dönüşü başlatır. Bu tip motorların devir yönlerini değiştirmek için endüviye uygulanan DC'nin yönünü değiştirmek gerekir. Devir ayarını yapmak için ise uygulanan gerilimin değerini değiştirmek yeterli olur. Doğal mıknatıslı DC motorlar, teyp, CD-ROM sürücü, uzaktan kumanda devresi, oyuncak, akvaryum vb. gibi yerlerde kullanılır. Resim 10.11: Sabit mıknatıslı DC motorlar - V + Şekil 10.35: Sabit mıknatıslı DC motorlar b. Elektromıknatıslı DC ile çalışan motorlar: Kutup manyetik alanı oluşturmak için nüve üzerine sarım yapılarak elde edilmiş elektromıknatıslarla çalıştırılan motorlardır. I. DC seri motorlar: Şekil 10.36'da bağlantı şeması verilen bu motorlarda kutup sargılarıyla endüvi sargılarının seri olarak bağlanır. DC seri motorun kutup sargıları kalın kesitli telden az sipirli olarak sarılmış ve bunlar E-F olarak adlandırılmıştır. DC uygulandığında akım kutuplardan ve endüviden geçer. Oluşan manyetik alanların birbirini itmesi sonucu dönüş başlar. DC seri motorlar sürekli yük altında çalıştırılmalıdır. Boşta çalıştırıldıklarında devir sayıları 146

147 çok yüksek değerlere yükselerek tehlike arz eder. DC seri motorun kalkış anında fazla akım çekmemesi için LMR adlı yol verme reostası kullanılır. Bu tip motorların yönünü dönüş değiştirmek için E-F ya da A-B uçları ters çevrilmelidir. DC DC DC B B B Şekil 10.36: DC seri motorların bağlantı şeması Şekil 10.37: DC şönt motorların bağlantı şeması Şekil 10.38: DC kompunt motorların bağlantı şeması II. DC şönt (paralel) motorlar: Şekil 10.37'de bağlantı şeması verilen bu motorlarda kutup sargılarıyla endüvi sargıları birbirne paralel bağlıdır. Kutup sargıları ince kesitli telden çok sipirli olarak sarılmış ve bunlar C-D ile kodlanmıştır. DC şönt motora akım uygulandığında bu akım kutup ve endüvi sarımlarından geçer. Geçen akımın oluşturduğu manyetik alanlar birbirini iterek dönüşü başlatırlar. Şönt motorlar boşta ve yük altında çalışmaya uygundur. Devir sayıları seri motorlara göre daha az olmasına rağmen, momentleri fazladır. Bu motorların kalkış anında fazla akım çekmemesi için LMR adlı yol verme reostası kullanılır. B tip motorların yönünü değiştirmek için C-D ya da A-B uçlarına uygulanan akımın yönü çevrilir. III. DC kompunt motorlar: Şekil 10.38'de bağlantı şeması verilen bu motorlarda hem seri hem paralel bağlı kutup sargıları vardır. Başka bir deyişle bunlar, seri ve şönt motorların birleşmiş hâli olarak tanımlanabilir. DC kompunt motora uygulanan akım kutup ve endüvi sarımlarından geçer. Sarımlardan geçen akımların oluşturduğu manyetik alanlar birbirini iterek dönüşü başlatır. Kompunt motorlar boşta ve yük altında çalıştırılabilir. Kalkış anında fazla akım çekmemeleri için LMR adlı yol verme reostası ile çalıştırılırlar. DC motorlarda kullanılan yol verme ve devir sayısı ayarlama reostalarının özellikleri şöyledir: I. LMR reostası: Şekil 10.39'da yapısı görülen bu reostalar kalın kesitli krom-nikel direnç tellerinden yapılmış ayarlı dirençtir. Bu elemanın L ucu akım kaynağına, R ucu alıcıya, M ucu ise şönt kutup sargısının 147 Şekil 10.39: LMR reostasının yapısı

148 C ucuna bağlanır. LMR reostası motorun kalkış anında görev yapar. DC uygulandıktan sonra reosta kolu çevrilerek motorun yavaş yavaş çalışması sağlanır. II. Tsq reostası: Şekil 10.40'da yapısı görülen bu reostalar ince kesitli krom-nikel direnç tellerinden yapılmış ayarlı dirençtir. Bu elemanın Şekil 10.40: Tsq reostasının yapısı t ucu akım kaynağına, s ucu şönt kutup sargısının C ucuna, q ucu ise şönt kutup sargısının D ucuna bağlanır. Tsq reostası DC şönt ve kompunt motorlarda devir ayarının yapılmasında görev yapar. Motor çalışırken tsq reostasının kolu çevrilecek olursa devir sayısı değişir. Şekil 10.41: AC seri motorların yapısı Şekil 10.42: AC seri motorların statorunun görünüşü Uygulamada kullanılan diğer motor çeşitleri: Elektrik enerjisini dairesel harekete çeviren motorların farklı özelliklerde bir çok çeşidi vardır. Şimdi bunların bazılarını inceleyelim. a. Bir fazlı AC seri (üniversal) motorlar: Şekil ve şekil 10.42'de yapısı verilen AC seri motorlar, kutuplar, endüvi, kolektör, fırça ve rulmanlardan oluşmuştur. Bu motorlar yapı olarak DC seri motorlara çok benzer. Tek fark, fuko (demir) kayıplarını azaltmak için motor gövdesi bir yüzü yalıtılmış ince çelik saclardan üretilir. AC seri motorlar DC ile de çalışabildiğinden üniversal adıyla da anılır. Bu motorların statoruna yerleştirilmiş olan kutup bobinleriyle endüvideki sargılar birbirine seri bağlıdır. AC seri motora akım uygulandığında kutup ve endüvi sargılarında zamana göre yönü ve şiddeti sürekli yön değiştiren iki manyetik alan oluşur. İki alan birbirini itip çekerek dönüşü başlatır. AC seri motorlar yüksüz olarak çalıştırıldıklarında yüksek devirde (yaklaşık devir/ dakika) olarak döner. O nedenle daima yük altında çalıştırılmaları gerekir. Bu tip motorlar, elektrikli süpürge, matkap, vantilatör, dikiş makinesi, kahve değirmeni vb. gibi aygıtlarda karşımıza çıkar. AC seri motorların devir yönünü değiştirmek için kutup ya da endüvi uçlarının yönü değiştirilir. Bu motorların dakikadaki devir sayısını ayarlamak için ise tristör ya da triyaklı hız kontrol (dimmer) devreleri kullanılmaktadır. b. Gölge kutuplu bir fazlı asenkron motorlar: Şekil 10.43'te yapısı verilen gölge kutuplu motorlar küçük güçlü olarak (en çok 0,15 HP) üretilir. Bunlarda kutup ayaklarına açılan yarıklara bakır halkalar geçirilmiştir. Bakır halka ikinci bir manyetik alan oluşturarak yardımcı kutup gibi çalışır. Gölge kutuplu motorda esas manyetik alanı oluşturan sargılar sac AC 148 stator kısa devreli rotor yardımcı (gölge) kutuplar Şekil 10.43: Gölge (yardımcı) kutuplu bir fazlı asenkron motorların yapısı V

149 nüve üzerine yerleştirilmiştir. Rotor ise sincap kafesi biçimindedir. Gölge kutuplu motorların bazı özellikleri şöyledir: Kalkış momentleri ve verimleri düşüktür. Aşırı yüklenmelerde dururlar. Sessiz çalışırlar. Devir ayarları kademeli çıkışlı ototransformatörü, kademeli direnç ya da triyaklı dimmerlerle yapılabilir. Bu motorlar daha çok düşük güçlü aspiratör, vantilatör gibi cihazlarda kullanılır. c. Relüktans motorlar: Şekil 10.44'te yapısı verilen relüktans motorlarda kutup yüzeylerinin bir kısmı hava aralığı fazla olacak biçimde üretilir. Hava aralığının büyük olduğu kısımlar manyetik kuvvet çizgilerinin geçişine yüksek bir manyetik direnç (relüktans) gösterir. İşte bu özellik sayesinde stator sarımlarında oluşan değişken manyetik alan rotor üzerinden eğimli bir şekilde geçer. Manyetik kuvvet çizgilerinin eğimli olması ise rotorun dönüşünü kolaylaştırır. hava aralığı büyük kısa devreli rotor hava aralığı küçük bobin Şekil 10.44: Relüktans motorun yapısı V eğimli manyetik alan gövde ç. Repülsiyon motorlar: Şekil 10.45'te yapısı verilen repülsiyon motorların statorları asenkron motorların statoruna, rotoru ise DC makinelerin endüvisine benzer. Farklı olan durum şudur: Bu motorlarının endüvi sarımları fırçalar aracılığıyla birbiriyle kısa devre edilir. Statorda bulunan bir fazlı sargıya AC gerilim uygulandığında N-S manyetik Şekil 10.45: Repülsiyon motorun yapısı kutupları oluşur. Kutupların manyetik alanı endüvi sargılarında gerilim indükler. İndüklenen gerilim fırçaların kısa devre durumunda olması dolayısıyla endüvi sarımlarından akım dolaştırır. Bu da endüvide ikinci bir manyetik alan doğurur. Kolektör dilimlerine sürtünen fırçaların şekil a'da görüldüğü gibi kutup ekseninde kısa devre edildiklerini kabul edelim. Endüvide oluşan gerilimlerin etkisiyle kısa devre olmuş fırçalardan akım geçer. Kutup ekseninin bir tarafındaki endüvi iletkenlerinden geçen akımlar bir yönde ise, diğer tarafındaki iletkenlerden geçen akımlar ters yöndedir. Sonuçta, endüvi iletkenlerinden geçen akımlar, endüvide N-S kutuplarını oluşturur. Statorun N kutubunun karşısında, endüvinin N kutbu, statorun S kutubunun karşısında da endüvinin S kutbu vardır. Karşılıklı olan aynı adlı kutuplar birbirlerini iterler. Kutupların itme kuvvetleri kutup ekseni doğrultusunda ve aynı zamanda birbirine zıt olduğu için bir döndürme momenti oluşturmazlar. Fırçaları şekil b'de görüldüğü gibi kutup ekseninin sağına ve soluna doğru kaydırdığımızda ise, kısa devre edilmiş endüvi sargılarından geçen akımların oluşturduğu N-S 149 V

150 alanları da kayar. Bu da rotorun dönmesini sağlar. Repülsiyon motorlarda fırçalar sağa doğru kaydırılınca rotor sağa, sola doğru kaydırılınca ise sola doğru döner. Repülsiyon motorlarda endüvideki DC sargılarının altına sincap kafesi yerleştirilerek yapılan motorlara ise repülsiyon startlı asenkron motorlar denir. Bu tip motorlara AC uygulandığında alıcı, repülsiyon motor olarak yol alır. Devir sayısı yükselince a) Fırçalar - kutup ekseninde b) Fırçalar - α kadar kaydırılmış Şekil 10.46: Repülsiyon motorlarda fırçaların konumları santrafüj kuvvetle çalışan endüvi milindeki mekanik düzenek çalışarak fırçaları kolektör dilimlerinden kaldırır. Yardımcı sargılı motorlarda olduğu gibi fırçalar devreden çıkınca motor, sincap kafesli rotor ile çalışmasını sürdürür. Repülsiyon motorlar 1,5 HP ve daha küçük güçte üretilir ve santrafüj tulumbası, matkap, çamaşır makinesi, aspiratör vb gibi cihazlarda kullanılırlar. d. Küçük güçlü senkron motorlar: Küçük güçlü senkron motorlar iki çeşittir. Şimdi bunları inceleyelim. rotor gövde I. Relüktans senkron motorlar: bobin Şekil 10.47'de yapısı verilen relüktans senkron motorların demir nüve statoru 2-3 mm kalınlığında demir AC sacdan yapılmıştır. Motorun Şekil 10.47: Relüktans senkron motorun yapısı bobininden geçen akımın oluşturduğu N-S alanlarıyla adet kutup meydana getirilir. Rotor 3-4 mm kalınlığında çelik sacdan çıkıntılı kutuplu olarak yapılmıştır. Bu kutuplar doğal mıknatıstandır. Bobine AC uygulandığında geçen akım N-S kutuplarını oluşturur. Bobinden geçen akımın yönü değiştikçe kutupların yönü de değişir. Bu ise adet olan küçük kutupların da değişmesine yol açar. Böylece statorda döner alan doğar. Rotorun çıkıntılı kutuplarıyla statorun döner alanı birbirini etkileyerek senkron hızda dönüşü sağlarlar. II. Histerisiz senkron motorlar: Şekil 10.48'de yapısı verilen histerisiz senkron motorların statorunun kutup ayaklarına bakır halkalar (gölge kutuplar) yerleştirilmiştir. Rotor ise histerisiz kaybı büyük olan 2-3 mm kalınlığında çelik saclardan yapılmıştır. Statorun manyetik akısı rotor üzerinden geçince rotorda N-S kutupları oluşur. Rotorun kutupları statorun değişen kutuplarına uyarak senkron hızla dönmeye başlar. e. Fırçasız DC motorlar: Şekil 10.49'da yapısı verilen fırçasız DC motorların dönen kısımları sabit mıknatıstan, duran kısımları ise mini bobinli sargılardan oluşmuştur. Bu tip motorlarda kolektör ve fırça düzenekleri yoktur. Duran kısımda bulunan sargıların üzerinden geçen akımlar, optik ya da manyetik sensörlerle kontrol edilmektedir. Fırçasız DC motorların çalışma ilkesi şöyledir: Şekil 10.49'daki şemada A ve C sargılarına DC uygulandığını varsayalım. Bu durumda dikey pozisyonlu bir N-S manyetik alanı oluşacak ve rotor dikey konum alacaktır. A ve C sargılarının akımı devam ederken B ve D sargılarına da akım uygulanacak olursa N-S 150

151 bakır halka çelik disk rotor stator V bobin Şekil 10.48: Histerisiz senkron motorun yapısı Şekil 10.49: Fırçasız DC motorun yapısını gösteren blok şema ışık T 1 V + - tetikleyici T 1 T 2 T 3 optik sensörlerin transistörleri tetiklemesi Şekil 10.50: Fırçasız DC motorlarda rotorun konumunun optik sensörlerle algılanarak, uygun stator bobinine akım uygulanmasını sağlayan devrenin blok şeması Şekil 10.51: Motorun statorundaki kutup çıkıntılarına yerleştirilen hall alan sondalarıyla rotorun pozisyonunun belirlenerek transistörlerin sürülmesine ilişkin blok şema manyetik alanının pozisyonu değişir. Rotor 45 yana doğru dönüş yapar. A ve C sargılarının akımı kesilip sadece B ve D sargılarına verilen akım devam ettirilirse rotor yatay pozisyona gelir. Yukarıda anlatılan işlemler elektronik devrelerle sürekli olarak tekrarlanırsa rotorun dönüşü devam eder. Uygulanan akımların zaman aralıkları kısaldıkça manyetik kutup alanının dönüşü 151

152 hızlı olacağından rotor da hızlanır. Fırçasız DC motorlarda rotorun miline şekil ve 10.51'de görülen sensörlü düzeneklerin eklenmesiyle dönen milin hangi pozisyonda olduğu belirlenmekte ve bu sayede statordaki sargıların istenilen kısmına akım uygulanmaktadır. Mil döndükçe bazı optik ya da manyetik algılayıcılar etkisizleşirken, diğer algılayıcılar ışık almakta, bu sayede farklı sargılara DC uygulama imkânı sağlanmaktadır. Şekil 10.51'de görülen şemadaki hall alan sondaları şöyle görev yapmaktadır: Statora yerleştirilmiş olan hall alan sondaları doğal Resim 10.12: Fırçasız DC motor örneği mıknatıs olan rotordan etkilenerek elektrik akımı üretmekte ve transistörleri iletime sokmaktadır. Transistörlerin iletime geçmesi ise statordaki bobinlere sırayla akım uygulanabilmesini sağlamaktadır. Sonuç olarak hall alan sondaları aracılığıyla statordaki sargılara sırayla uygulanan akımlar burada döner bir manyetik alan oluşmasını sağlamaktadır. Resim 10.13: Adım motorun üretim süreçlerinin resimlerle gösterilmesi f. Adım (stepper, step) motorlar: DC motorlar çalışırken akımları kesilince devir sayıları hemen sıfır olmaz. Motorun ataletinden dolayı mil bir miktar daha döner. İşte bu nedenle hassas hareket istenen endüstriyel donanımlarda (yazıcılar, robotlar vb.) DC motorlar yerine adım motorlar kullanılır. Adım motorlar kare dalgaya benzeyen dijital sinyallerle adım adım döndürülebilirler. Bu tip motorların rotoru doğal mıknatıstan, statoru ise modeline göre çeşitli sayıdaki bobinden oluşur. Adımlı dönüş yapan adım motorların güçleri W, devirleri d/d, dönme adımlarının açı değerleri 0,72º-15º arasında değişmektedir. Adım motorların iyi yönleri I. Statordaki sargılara uygulanan kare biçimli dalgaların frekansı ile doğru orantılı olarak çok yüksek devir sayılarına ulaşabilirler. II. Durma, harekete geçme ya da ters yönde dönmeye başlama ile ilgili komutlara çok hızlı cevap verebilirler. III. Adımlardaki açısal hata çok düşük olup, bu kusur bir sonraki adımı etkilemez. Adım motorların olumsuz yönleri I. Stator sargılarına uygulanan kare dalgaların frekansı (saniyedeki değişim sayısı) çok yükseldiğinde rotor bu hıza uyum sağlayamayarak hatalı dönebilmektedir (fazla ya da az dönüş). II. Verimleri düşüktür. III. Torkları (döndürme momentleri) düşüktür. IV. Kumanda, kontrol devreleri dijital yapılı olup karmaşıktır. Adım motor çeşitleri I. Doğal mıknatıslı adım motorlar (PM, permanent magnet stepper): Şekil 10.52'de yapısı 152

153 verilen bu tip motorlarda rotorun dönüş açılarının derecesi statorda bulunan bobin sayısına bağlı olarak değişir. Yani bobin sayısı artırıldıkça daha küçük adımlarla dönen adım motor yapılabilir. Şekil 10.52'de görülen motorun çalışması şöyledir: 1. Bobine akım uygulanınca rotor 1 numaralı bobinin karşısına gelir. Daha sonra 1. bobinin akımı kesilip 2. bobine akım uygulanırsa rotor 2. bobinin karşısına gelir. Anahtarlar sırayla açılıp kapatılmaya devam edilirse rotor da adım adım döner. Şekil 10.53'te görülen dört adet bobinli ve iki kutuplu adım motorun çalışma ilkesi şöyledir: Yatay konumdaki bobinlere akım uygulanacak olursa rotor yatay konuma gelir. Ardından yatay konumlu bobinlerin akımı kesilmeden dikey konumlu bobinlere enerji verilirse rotor 45 daha döner. Yatay konumlu bobinlerin akımı kesildiğinde ise rotor 45 daha dönerek dikey pozisyona gelir. Şekil 10.54'te görülen dört adet bobinli ve dört kutuplu adım motorun çalışma ilkesi ise şöyledir: Motorda sargılar birbirinden bağımsızdır. Kare dalga biçimindeki sinyaller hangi bobine ya da bobinlere uygulanırsa rotor sargının yanına doğru çekilir V Şekil 10.52: Doğal mıknatıs rotorlu adım motorların çalışma prensibinin açıklanmasında kullanılan basit şema 2. faz rotor 1. faz Şekil 10.53: Dört bobinli, iki kutuplu, doğal mıknatıs rotorlu adım motorun yapısı II. Disk biçiminde doğal mıknatıs rotorlu hafif tip (PM) adım motorların yapısı: Şekil 10.55'te yapısı görülen bu adım motorlar, adım açısını küçültmek, ağırlığı azaltmak için geliştirilmiştir. Bu motorlarda disk manyetik olmayan bir maddeden yapılmıştır. Doğal mıknatıslar ise bu disk üzerine bir N kutbu ve bir S kutbu oluşturacak biçimde sıralanmıştır. Şekil 10.55'te 1. faz sargılarına akım uygulanınca doğal mıknatıslı rotor etkilenir. 1 numaralı faz bobininin akımı kesilip 2 numaralı bobin enerjilendirilecek olursa rotor, rotor kutbunun 1/4 ü kadar (90 ) döner. Eğer 2 numaralı bobinin enerjisi kesilip 1 numaralı bobin yeniden enerjilendirilecek olursa rotor aynı yönde 90 daha 153 bobin4 bobin1 bobin3 Şekil 10.54: Dört bobinli, dört kutuplu, doğal mıknatıs rotorlu adım motorun yapısı bobin2

154 döner. Rotoru disk biçiminde olan sabit kutuplu adım motorlarda rotor ince olduğundan dolayı, disk üzerinde 100 den fazla sabit mıknatıs kutupları oluşturulabilir. Bu ise dönüş açısının değerini küçültür. Dönüş açısının küçülmesi çok hassas kontrollü cihazların yapılabilmesini mümkün kılar. 2. faz bobini yumuşak demir zayıf kalıcı mıknatıs yumuşak demir II. Değişken relüktanslı (VR, variable reluctance stepper) adım motorlar: Şekil 10.56'da yapısı verilen değişken relüktanslı adım motorlarda doğal mıknatıstan yapılmış kutuplar yoktur. Bunun yerine ferromanyetik (mıknatıslanabilen) malzemeler kullanılmıştır. N S Şekil 10.55: Disk rotorlu adım motorun yapısı 1. faz bobini (a) (b) 30 (c) B fazı enerjilendiğinde rotor pozisyonu C fazı enerjilendiğinde rotor D fazı enerjilendiğinde rotor pozisyonu pozisyonu Şekil 10.56: Değişken relüktanslı adım motorların yapısı Değişken relüktanslı adım motorların stator ve rotorları çıkıntılı yapıdadır. Akımın uygulandığı sargılar ise statordaki çıkıntılara yerleştirilmiştir. Motorun dönüş açısı stator ve rotordaki çıkıntıların sayısına bağlı olarak değişmektedir. Örneğin statorunda 12, rotorunda 8 çıkıntı bulunan değişken relüktanslı motorun dönme açısını bulalım: Stator oluklarının açısı: 360/12 = 30 Rotor oluklarının açısı: 360/8 = 45 Adım açısı = = 15 Değişken relüktanslı adım motorlarda devir sayısı 1800 d/d gibi yüksek seviyelere çıkarılabilmektedir Değişken relüktanslı adım motorun çalışma ilkesi: Şekil 10.56'da verilen şekillerde görüldüğü gibi değişken relüktanslı motorların çalışması, enerjilenen stator faz bobininin oluşturduğu elektromıknatısla en yakın rotor dişinin bu kutup hizasına çekilmesi prensibine dayanmaktadır. Şekil a-b-c'de rotoru 6 çıkıntılı (dişli) olan değişken relüktanslı adım motorun statorunun bobinlerinin sırayla enerjilenmesine bağlı olarak rotorun hareketleri görülmektedir. Aşağıda verilen üç çizime bakılacak olursa, sırayla enerjilenen bobinlerin oluşturduğu mıknatısların en yakındaki rotor çıkıntısını kendi hizasına doğru çektiği görülür. 154

155 Hatırlatma: Manyetik kuvvet çizgilerinin özellikleri Bilindiği gibi manyetik kuvvet çizgileri direnci az olan bölgelerden dolaşarak ilerlerler. Hava ile demiri manyetik geçirgenlik açısından karşılaştırdığımızda, demirin geçirgenlik bakımından çok üstün olduğunu görürüz. Bu yaklaşıma göre, statordan çıkan manyetik alan kuvvet çizgileri rotora doğru giderken hava boşluğunu değil, statora yakın olan rotor çıkıntılarını tercih ederler. Manyetik kuvvet çizgilerinin bir diğer özelliği ise, gerilmiş lastik gibi yollarını en kısa şekilde tamamlamak istemeleridir. İşte bu nedenle statordan çıktıktan sonra kıvrım yaparak rotordan geçen kuvvet çizgileri gerilmiş lastik gibi düzgün hâle gelmek isteyerek rotoru kendi doğrultularına çekerler. Sonuçta motorda dönüş hareketi başlar. III. Hibrid (hybrid, melez) adım motorlar: Şekil 10.57'de yapısı verilen hibrid adım motorlar PM (doğal mıknatıs rotorlu) ve VR (değişken relüktanslı) tip adım motorların birleşmiş hâlidir. Bu motorun hem rotoru hem statoru çıkıntı şeklindeki dişlere sahiptir. Rotor yumuşak demirden yapılmıştır. Bu sayede statordaki sargılarda oluşan manyetik alan, kendisine en yakın rotor dişlilerini çekerek dönüşü sağlamaktadır. Hibrid tipi adım motorların dönüş derecesi 1,8 gibi çok küçük değerlere indirilebilmektedir. Şekil 10.57'de de görülebileceği gibi Şekil 10.57: Hibrid (karma) adım motorların yapısı motorun stator kutup ayaklarına birbirine zıt yönlü olarak ikişer bobin sarılmıştır. (Şekilde bobinler A- ve B- ile gösterilmiştir.) Bobinlerinin sarım yönlerinin zıt olması oluşan manyetik alanların da zıt yönlü olmasını sağlamaktadır. Not: Bir bobinin oluşturduğu manyetik alanın yönü sarım yönüne göre değişmektedir. Şekil 10.57'de görülen adım motorun rotorunda 50 adet diş (çıkıntı) bulunmaktadır. Buna göre rotorun bir devir dönebilmesi için her faz bobininin ayrı ayrı 50'şer kez enerjilenmesi gerekmektedir. Adım motorların çalıştırılmasında kullanılan devreler: Günümüzde her geçen gün yaygınlaşan adım motorlar çeşitli elektronik devreler kullanılarak çalıştırılabilmektedir. Şimdi bunu bir örnek ile açıklayalım. I. Dört bobinli (fazlı) adım motor için sürücü devresi: Şekil 10.58'de verilen sürücü devresinde 555 entegresi tarafından üretilen kare dalga biçimindeki tetikleme palsleriyle, 4017 adlı ring (halka) sayıcı entegresinin çıkışları sırayla akım vererek transistörleri iletime geçirip motoru döndürmektedir. Not: Uygulamada kullanılan adım motor sürücü devreleri bu kadar basit değildir ve dijital elektronik bilgisi gerektirmektedir. Bu kitabın kapsamı endüstriyel elektronik ile sınırlı olduğundan dijital yapılı sürücü devreleri geniş olarak açıklanmamıştır. Resim 10.14'te dijital devreli adım motor sürücü devresi verilmiştir. 155

156 Şekil 10.58: Dört bobinli (fazlı) adım motorlar için basit sürücü devresi g. Servo motorlar: 1 devir/dakikalık hız bölgelerinin altında bile kararlı çalışabilen, hız ve moment kontrolü yapan yardımcı motorlardır. Örneğin hassas takım tezgâhlarında ilerleme hareketleri için genellikle servo motorlar kullanılır. Servo motorların AC ile çalışan modelleri fırçasız, DC ile çalışan modelleri ise fırçalıdır. Bunlar, elektronik yapılı sürücü/ programlayıcı devrelerle birlikte kullanılırlar. Günümüzde yapılan servo motor çalıştırma sürücüleri resim 10.16'da görüldüğü gibi tamamen mikroişlemci kontrollü ve dijital yapılıdır. Resim 10.14: Dijital yapılı adım motor sürücü devresi Dijital kontrollü, hassas makinelerde çok tercih edilen servo motorların bazı özellikleri şu şekilde sıralanabilir: Döndürme momentleri yüksektir. Döndürme momentinin iki katına kadar olan değerlere kısa süreli olarak yüklenebilirler. Devir sayıları d/d arasındaki değerlerden herhangi birisine kolayca ayarlanabilirler. Çok sık aralıklı olarak hareket edebilirler. Yani dur kalk yapma sayılarının çok olması motoru olumsuz etkilemez. Atalet (kalkış) momentleri küçük olduğundan verilen komutları gecikme olmadan algılar ve yerine getirirler. Servo motor çeşitleri I. AC servo motorlar: Büyük güçlü AC servo motorlar iki ya da üç fazlı olarak üretilmektedir. Bu tip motorların rotorları doğal mıknatıslı ya da kısa devre çubuklu olmaktadır. İki ya da üç fazlı servo motorların çalışma prensibi senkron ya da asenkron tip motorlara çok benzemektedir. Üç fazlı servo motorların hız kontrolü, pals frekans çevirici devresi üzerinden, pals genişlik modülasyonu (PWM) devreleriyle yapılmaktadır. Küçük güçlü (1-10 W) AC servo motorlar ise minik boyutlu olarak, iki faz ile çalışabilecek şekilde üretilirler. Bunların iç yapısında şekil 10.59'da görüldüğü gibi, aralarında 90 elektriksel açı 156

157 Resim 10.15: Çeşitli servo motorlar Resim 10.16: Dijital yapılı servo motor sürücüleri yapacak şekilde yerleştirilmiş iki bobin ve sincap kafesine benzer rotor vardır. Servo motorların rotorları, savrulma ve atalet momentlerinin küçük olabilmesi için uzun, çapları ise küçük yapılır. Stator sargılarına uygulanan gerilimlerin frekansı Hz olabilir. İki fazlı servo motorların sargılarının biri referans, diğeri ise kontrol sargısı olarak da Şekil 10.59: İki fazlı AC servo motorların blok şeması adlandırılır. Referans sargısına sabit değerli, sabit frekanslı alternatif akım uygulanır. Kontrol sargısına ise yükselteç devresinden gelen kontrol gerilimi verilir. Kontrol sargısına uygulanan akım, faz kaydırma devreleriyle 90 kaydırılarak uygulanır. İki sarımda oluşan manyetik alanlar sonucunda rotor döner. II. DC servo motorlar: Şekil 10.60'ta yapıları verilen DC servo motorlarda, sabit bir kutup manyetik alanı elde etmek için DC kaynak kullanılır. Endüviye ise değişken bir gerilim verilir. Bu iki gerilimin dolaştırdığı akımların oluşturduğu manyetik alanlar birbirini iterek dönüşü başlatır. DC servo motorların rotorları şekil 10.60'ta görüldüğü gibi, uzun, disk ve çan şeklinde olabilmektedir. Disk rotorlu servo motorlar kısa ve hafif oldukları için robot mafsallarında hareket elemanı olarak kullanılabilmektedir. İnce ve uzun rotorlu servo motorlarda ise boyutlar çok küçük olduğundan bunları her ortama monte etmek kolaydır. Çan tipi rotorlu servo motorlar ise, 3000 d/d gibi yüksek hızlara çok çabuk ulaşabilme özelliğine sahiptir. Servo motorlar, dijital kontrollü makineler, pozisyon belirleme sistemleri, bilgisayar donanımları, 157

158 disk rotor stator stator stator uzun rotor çan rotor rotor sargısı rotor sargısı rotor sargısı rotor Şekil 10.60: "Uzun", "disk", "çan" rotorlu DC servo motorların yapısı bellekli makineler, askerî cihazlar, büro makineleri, alternatör devir ayar mekanizmaları vb. gibi yerlerde kullanılmaktadır. Not: Servo, servis, köle, hizmetçi anlamındadır. Sorular 1. Endüvi, kolektör, indüktör, rotor nedir? Tanımlayınız. 2. Şönt motorun yapısını, çalışmasını, özelliklerini anlatınız. 3. Adım motorların yapısını ve çalışmasını kısaca açıklayınız. 4. Üç fazlı asenkron motorun yapısını ve çalışmasını anlatınız. 5. Yol verme rölesiyle çalıştırılan bir fazlı asenkron motorların yapısını şekil çizerek anlatınız. 158

159 159

160 Bölüm 11: Elektronik yöntemlerle büyüklüklerin ölçülmesi Giriş: Fiziksel değerleri ölçebilmek, kaydedebilmek, bir büyüklüğe bağlı olarak başka bir sistemi çalıştırabilmek için sensör ve transdüser temelli elektronik devreler geliştirilmiştir. Elektronik yöntemlerle büyüklük ölçmede kullanılan düzenekler şunlardır: A. Sıcaklık ölçme Endüstriyel uygulamalarda sıcaklık derecesinin ölçülmesi için bir çok düzenek mevcuttur. Sıcaklık ölçümünde kullanılan bazı elemanlar, PTC, NTC, yarı iletken ısı sensörü, dıştan ısıtmalı bimetal, direnç teliyle ısıtmalı bimetal, kuyruklu (gazlı) termostat, termokupldur. Not: Kitabın 4 ve 8. bölümlerinde sıcaklık ölçme sistemleri açıklanmıştır. B. Işık ölçme Ortam aydınlığını belirlemek buna göre çeşitli düzenekleri çalıştırmak için geliştirilmiş devreler uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin ortam aydınlığının şiddetini belirleyen lüksmetre cihazı tamamen elektronik yapıdadır. Bunun yanında bazı fotoğraf makinelerinde ortam aydınlığını, LDR, fototransistör gibi elemanlarla belirleyip buna göre flaşın ışığının seviyesini ayarlayan düzenekler de mevcuttur. I. LDR'li ortam aydınlığını ölçen devre: Şekil 11.1'de verilen devrede ortam aydınlandığında LDR'nin üzerinden geçen akım artar ve T 1 transistörü iletime geçer. Ampermetre ibresi ters yönde (sola) sapar yani sıfır değerini gösterir. Ortam karardığında LDR akım geçirmez, T 1 transistörü kesime gider. Ampermetre ibresi sağa doğru sapar. Ortam iyice karardığında ampermetre ibresi maksimum değeri gösterir. R 1 1 k LDR 10 k Şekil 11.1: LDR'li ortam aydınlığını ölçen devre Devre deneysel amaçlı olup öğrencinin LDR'li aydınlık ölçme donanımlarının yapısını kavramasını sağlamak için verilmiştir. C. Mesafe (aralık) ölçme Elektronik devre elemanları kullanılarak mesafe ölçümü yapılabilmektedir. Bunların çeşitleri şöyledir: I. İndüktif yöntemle aralık (mesafe) ölçme: Şekil 11.2'de verilen şemada bobinin içinde bulunan mıknatısı ileri geri hareket ettirirsek bobinin indüktans ve reaktans değerleri değişir. Bu ise bobin üzerinden geçen akımı değiştirir. Bobinden geçen akımdaki değişiklik hassas entegreli devrelerle algılanılarak, analog ya da dijital göstergeli devreleri çalıştırıp mesafe ölçmek mümkün olur. II. İndüktif yaklaşım dedektörüyle op-ampın sürülmesi: Metal cisim sensöre yaklaştırıldığında bu elemanın alt ucunda bir akım doğar. Bu akımın R 1 direnci üzerinde oluşturduğu gerilim op-ampın çıkış geriliminin seviyesini değiştirir. Şekil 11.3'te verilen şemada adı geçen indüktif yaklaşım sensörleri 8. bölümde anlatılmıştır. 159 BC547 T 1 1 k R 2 R 3 10 k ampermetre + - m A 330 Ω R 5 BC547 T 2 R Ω S R 4 10 k 1 k R k +12 V

161 mıknatıs bobin indüktif yaklaşım sensörü 4,7 k 100 Ω 1 k 100 Ω +5 V 22 k R k +5 V V 6 çıkış Şekil 11.2: Mıknatısın bobin içindeki hareketinin indüktans ve reaktansı değiştirmesi Şekil 11.3: İndüktif yaklaşım sensörüyle op-ampın sürülmesi Ç. Devir sayısı (hız) ölçme Sürekli olarak dönüş yapan düzeneklerin devir sayısını ölçmek için optik, manyetik vb. gibi yöntemlere göre çalışan devreler geliştirilmiştir. D. Seviye ölçme Depo, kazan, silo vb. gibi yerlerin doluluk seviyesini belirleyebilmek için seviye ölçme devreleri geliştirilmiştir. Uygulamada, kapasitif sensörlü, çubuk elektrotlu, ultrasonik sistemli vb. gibi seviye ölçme donanımları kullanılmaktadır. I. Şamandıralı seviye ölçme: Şamandıralı seviye ölçme sistemleri basit bir yapıya sahiptir. Sıvıların kaldırma kuvvetinin prensibi asırlar önce Arşimet tarafından bulunmuştur. Bu sistemde yüzen bir cisim iki kuvvete maruz kalmaktadır. Bunlar: Yerçekiminden kaynaklanan aşağı doğru çekim kuvveti, Cismin yüzebilirliğinden kaynaklanan yer çekimine zıt yönlü kuvvettir. Şekil 11.4'te verilen sistemde taşıtların yakıt depolarının doluluk durumunu elektronik yöntemlerle ölçülebilmektedir. Depo doluyken şamandıra yukarı hareket eder ve potun direnci azalır. Azalan direnç şamandıra yakıt deposu ayarlı direnç Şekil 11.4: Şamandıralı seviye ölçme düzeneği pottan daha fazla akım geçirir ve sürücü kabininde bulunan depo göstergesinin (bu aslında ampermetredir) ibresi maksimum değeri gösterir. Depo boşaldıkça şamandıra aşağı doğru iner ve potun değeri büyür. Direnç değeri büyüyen pot az akım geçirir. Bu ise ampermetrenin ibresinin sapmasını önler. II. Sıvı seviyesini gösteren transistörlü devre: Şekil 11.5'te verilen devrede depo içinde bulunan iletken sıvının (su, asit, boya vb.) seviyesi yükseldikçe transistörler iletime geçerek ledleri çalıştırır. E. Kimyasal özellik ölçme Sıvı ve gazların kimyasal özelliklerinin ölçülmesi için çeşitli düzenekler geliştirilmiştir. Örneğin arabaların eksoz gazlarının analizi, insanların alkol alma oranı, sıvıların ph değerini belirleme ile ilgili cihazlar uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Resim 11.1'de sıvıların ph değerini ölçen dijital yapılı cihaz resmi verilmiştir. Bu cihazın yapısı şöyledir: 160 V

162 sıvı metal depo 3xBC V 2,2 k + Şekil 11.5: Sıvı seviyesini gösteren transistörlü devre Resim 11.1: Sıvıların ph değerini belirleyen alet G ucu iyonlara duyarlı madde ile kaplanmış MOSFET'li ölçme probu sıvı içine daldırıldığında MOSFET'in elektriksel karakteristiği değişmekte ve ortamın ph değeri dijital devre ile ölçülebilmektedir. G ucuna kaplanan maddelerin özelliklerinin değiştirilmesiyle hidrojen, karbon monoksit ve metan gibi gazlara duyarlı algılayıcılar da yapılabilmektedir. F. Manyetik alan ölçme Kabloların ya da indüktif özellikli alıcıların yaydığı manyetik alanın şiddetini ölçmek için çeşitli elektronik düzenekler geliştirilmiştir. Bu konuya ilişkin en yaygın örnek pensampermetrelerdir. Bilindiği gibi bu cihaz ile kablo etrafında oluşan manyetik alandan yararlanarak akım ölçümü yapılabilmektedir. Şekil 11.6'da gerilim giriş ucu V Şekil 11.6: İletken etrafında oluşan manyetik alandan etkilenen bobin ile akım ölçme esasına göre çalışan pensampermetrelerin yapısının basit olarak gösterilmesi pensampermetrelerin yapısı basit olarak verilmiştir. Bu cihazın açılır kapanır özellikteki çenesinin içine giren akım taşıyan iletkenin yaydığı manyetik alan çeneye (nüve) sarılmış bobinden geçen akımın değişmesine neden olmakta ve bu sayede ölçmeyi yapan ünite geçen akımı göstermektedir. G. Basınç ölçme Üretim süreçlerinde basınç ölçme önemli bir ihtiyaçtır. Günümüzde bir çok basınç ölçme yöntemi geliştirilmiştir. Bunlar, LVDT'li, kapasitif prensipli, strain gauge'li, kristalli basınç ölçerler şeklinde sıralanabilir. Bu konuyla ilgili devre elemanları hakkında bilgi almak için kitabın 8. bölümündeki transdüserlere bakınız. 161 iletken açılıp kapanabilen çene V gerilim giriş ucu doğrultmaç diyotları

163 Ğ. Ağırlık ölçme Dijital terazilerin, kantarların ağırlığı ölçebilmesi için çeşitli cihazlar geliştirilmiştir. Bunlar kristalli, bobinli, kapasitif, yük hücreli vb. şeklinde olabilmektedir. Ağırlık ölçmede kullanılan sensörler hakkındaki temel bilgiler kitabın 6. bölümünde açıklanmıştır. H. Adet (miktar, sayı) belirleme Belli bir noktadan geçen madde miktarını belirlemek için dijital entegrelerden yararlanılır. Bu konunun anlaşılabilmesi için dijital elektroniğin sayıcılar konusunun bilinmesi gerekir. I. Nem ölçme Ortamın nemini ölçmek için bir çok devre yapılabilmektedir. Kitabın 6. bölümünde nem ölçme sensörleri ve devreleri açıklandığından burada sadece bir örnek ile konuyu aktaralım. I. 555'li nem algılama devresi: Şekil 11.7'de verilen NPN devrede bakırlı BC547 plaket üzerine yapılan nem ölçme sensörü nem oranı artınca akım geçirerek transistörü sürer. Transistörün nem ölçme iletime geçmesi uçları 555'e besleme nem V geriliminin gitmesini sensörü sağlar. Bunun sonucunda ise 555'in çıkışında bulunan led yanıp sönerek ortamın neminin arttığını bildirir. 33 kω 33 kω 33 kω µf 22 nf Şekil 11.7: 555'li nem algılama devresi çıkış 1 kω Sorular 1. İndüktif ölçme sisteminin yapısını anlatınız. 2. LDR, PTC, NTC nedir? Yazınız. 3. PTC'li sıcakta çalışan basit bir devre çiziniz. 162

164 Bölüm 14: Uygulama devreleri 100 k NPN 100 k flamanlı lamba BC V V R k 1-10 k k A 1-10 k BC k BC547 Şekil 1: İki transistörlü dokunmayla çalışan lamba devresi Şekil 2: NTC'li soğukta çalışan lamba devresi 1. İki transistörlü dokunmayla çalışan lamba devresi: A-B ile gösterilen metal plakalara parmak ile dokunulduğunda deri üzerinden geçen akım T 1 ve T 2 transistörlerini iletime sokar ve lamba yanar (şekil 1). 2. NTC'li soğukta çalışan lamba devresi: Ortam soğukken NTC'nin direnci yüksektir. Bu nedenle NTC üzerinden akım geçmez ve R 1 üzerinde gerilim oluşmaz. R 1 üzerinde gerilim oluşmadığı için T 1 transistörü kesimde kalır. T 1 kesimdeyken A noktasının gerilimi maksimum değerde olur ve T 2 iletime geçer, lamba yanar. Ortam sıcaklığı arttığında NTC üzerinden geçen akım artacağı için R 1 üzerinde düşen gerilim büyür ve T 1 'i iletime sokar. T 1 iletken olunca A noktasının gerilimi düşer ve T 2 kesime gider (şekil 2). 3. Triyakın optokuplör (optik bağlaç) ile tetiklenmesi: S anahtarına basıldığında optokuplörün ledi ışık yayar ve fototriyak iletime geçer. Fototriyakın akımı C'yi doldurmaya başlar. C'nin gerilimi V arası bir değere ulaştığında BT136 triyakı iletime geçerek alıcıyı çalıştırır. Bu devre optokuplör sayesinde güvenli çalışır. Yani güç devresinde ortaya çıkan bir arıza kumanda devresine zarar vermez (şekil 3). 4. Tristör ve triyak test devresi: Verilen devre ile tristör ve triyakların sağlam olup olmadığı anlaşılabilir. A-G-K uçlarına tristör bağladıktan sonra iki yollu anahtar tristör konumuna alınır ve test butonuna basılır. Bu işlem sonucunda butona basılınca lamba sürekli olarak yanıyorsa tristörün sağlam olduğu anlaşılır. A ucuna triyakın A 2 ucu, K ucuna triyakın A 1 ucu, G ucuna triyakın G ucu bağlandıktan sonra, iki yollu anahtar triyak konumuna alınıp test butonuna basılıyken lamba yanıyorsa triyak sağlamdır (şekil 4). 5. LDR'li karanlıkta çalışan devre: LDR üzerine ışık düştüğünde bu elemanın üzerinden geçen akım artar. R 1 üzerinde oluşan gerilim T 1 transistörünü sürer. A noktasının gerilimi düşer. T2 iletime geçemez. Lamba yanmaz. Ortam karardığında LDR üzerinden akım geçmez. Şekil 5: LDR'li karanlıkta çalışan devre R 1 üzerinde polarma gerilimi oluşmaz. T 1 kesimde kalır. A noktasının gerilimi yükselir. T 2 iletime geçer. Röle çeker. Lamba yanar (şekil 5) V 220 V R Ω MOC k 33 k 100 nf/400 V diyak BT136 Şekil 3: Triyakın optokuplör ile tetiklenmesi 12 V tristör triyak 16 V test 1-10 k µf Şekil 4: Tristör ve triyak test devresi 1-10 k k 1-10 k 1-10 k BC547 BC547

165 R 1 1 k 1-10 k 1-10 k 1-10 k P 470 k BC308 BC308 BC k 10 k P 1-10 k Şekil 6: LDR'li karanlıkta çalışan devre Şekil 7: LDR'li aydınlıkta çalışan devre 6. LDR'li karanlıkta çalışan devre: LDR üzerine ışık düştüğünde bu elemanın direnci ve üzerinde düşen gerilim azalır. LDR üzerinde oluşan gerilimin azalması T 1 transistörünü kesime sokar. T 1 kesimdeyken PNP tipinde olan T 2 transistörü 10 k kesimde kalır. Ortam karardığında LDR üzerinde oluşan gerilim yükselir ve T 1 iletime geçer. T 1 'in iletime geçmesi T 2 transistörünün beyzine eksi polarmanın gitmesini sağlar. B ucuna eksi polarma gelen T 2 iletime geçer ve lamba yanar (şekil 6) LDR'li aydınlıkta çalışan devre: LDR üzerine ışık düştüğünde bu elemanın üzerinden geçen akım 6 V artar. Pot üzerinde oluşan gerilim T 1 transistörünü iletime sokar. R 3 direnci üzerine oluşan gerilim tristörü iletime sokar ve lamba yanar. Ortam trafo 5-10 W karardığında T 1 transistörü ve tristör kesime gider Şekil 8: Konvertisör (invertör) devresi (şekil 7). 8. Konvertisör (invertör): Verilen devre flüorean lambalı portatif aydınlatma cihazlarında (ışıldak) kullanılmaktadır. Devrede kullanılan 555 entegresinin 3 numaralı ucunda kare dalga oluşur. Kare dalganın frekansını pot ile ayarlamak mümkündür. 555'in çıkışına bağlı soğutuculu transistör sürekli olarak iletim ve kesim olarak trafonun primerinden değişken akımların geçmesine neden olur. Trafonun primer sarımından geçen değişken akımlar sekonder sarımında yüksek değerli AC'nin oluşmasına yol açar. Sekonderde oluşan yüksek değerli AC flüoresan lambayı yakar (şekil 8). 9. Dil (reed) röleyle çalışan lamba devresi: Verilen devrede reed röleye mıknatıs yaklaştırıldığında cam gövde içindeki mini kontaklar kapanır ve tristör iletime geçerek lambayı çalıştırır. Devre DC beslemeli olduğundan mıknatıs dil röleden zaklaştırılsa bile lamba sönmez (şekil 9). 6 W flüoresan lamba BRX49 MCR100 B L 60 W C 1 1N µf 1N4001 mıknatıs 0 R B L 6/25 A 220/12 V 4 W trafo 100 k C 2 10 k 470 µf BC547 0 R - - Şekil 9: Reed röleyle çalışan lamba devresi Şekil 10: Tek transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi 170

166 10. Tek transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi: Verilen devrede butona basıldığında yarım dalga doğrultmaç devresinin çıkışındaki DC 12 voltluk gerilim nötr (0) hattı üzerinden geçerek C 2 kondansatörünü doldurur. Dolan C 2 transistörü sürer. Röle çeker ve lamba yanar. C 2 boşalınca transistör kesime gider. Lamba söner. C 2 'ye paralel bağlı olan pot ile C 2 'nin boşalma zamanı ayarlanabilir (şekil 10). 470 k k 56 k A +9 V 1 k 22 k 18 k termokupl µa B 100 k 10 k BD135 BT136 9,1 V 100 k 1N k 68 k 1 k 18 k 9,1 V Şekil 11: Triyaklı gecikmeyle çalışan zamanlayıcı devresi Şekil 12: Termokupllu sıcaklık ölçme devresi 11. Triyaklı gecikmeyle çalışan (turn on tipi) zamanlayıcı devresi: Verilen devrede A anahtarı kapatılınca C kondansatörü dolmaya başlar. C'nin gerilimi belli bir seviyeye ulaştığında transistör iletime geçer. Transistörün C-E ayakları arasından geçen akımı triyakı sürer ve lamba yanar. B butonuna basılınca C boşalır. Transistör kesime gider. Lamba söner. Bir süre sonra yeniden dolan C transistör ve triyakı iletime sokar (şekil 11). 12. Termokupllu sıcaklık ölçme devresi: Verilen devre ile C'lık sıcaklıklar ölçülebilir. Op-ampın çıkışına bağlanan analog mikroampermetrenin doğru göstermesini sağlamak için P 1 ve P 2 potansiyometreleriyle kalibrasyon (ayar) işlemi yapılmalıdır. Termokupl 0 C'lık suyun içine konulduktan sonra P 1 ile mikroampermetrenin 0 µa değerini göstermesi sağlanır. Termokupl 100 C'lık suyun içine konulduktan sonra P 2 ile mikroampermetrenin 100 µa değerini göstermesi sağlanır (şekil 12). 1N k 1-10 k BC547 4N k BC k Şekil 13: Optokuplör ile tetiklenen transistörlü devre 13. Optokuplör ile tetiklenen transistörlü devre: Verilen devrede 4N25 optokuplörünün ledine DC 1,5-2 volt uygulanınca fototransistör iletime geçer ve T 1 kesime gider. T 1 kesime gidince T 2 iletime geçer, röle çalışır (şekil 13). 14. Merdiven ışık otomatiği devresi: Butona basıldığında trafo çalışmaya başlar. Sekonderde oluşan AC diyod tarafından DC'ye çevrilir. İlk anda C 2 boş olacağından T 1 kesimde olur. T 1 kesimde olduğu için T 2 iletime geçer. T 2 iletken olunca röle çeker. Röle iki kontağını da kapatır. Birinci kontak lambayı besler. İkinci kontak trafonun primerine gelen akımın sürekli olmasını sağlar. Bir süre sonra C 2 dolar. T 1 iletken, T 2 kesim olur. Röle kontaklarını açar ve lamba söner (şekil 14). 171

167 lâmba faz nötr 12 V C 1 C 2 4,7 k 10 Ω buton T 1 BC547 zaman ayarı k 5,6 k T k 5,6 k 1N4001 BC547 Şekil 14: Merdiven ışık otomatiği devresi 15. Şifreli kilit: Şekil 15'te verilen devre beş butona doğru sırayla basıldığında çalışır. Devrede değişik olasılık söz konusudur. Bilmeyen birisinin seçilen kombinasyonu bulma olasılığı üç milyonda bir kezdir. Ayrıca beş butona (S 4, S 5, S 6, S 7, S 8 ) 4 saniye içinde basılmazsa doğru basım sırası izlense bile şifre açılmaz. Devrede S 4 -S 8 arasındaki butonlar doğru kombinasyon için, S 1 -S 3 arasındaki butonlar ise kombinasyon önleme devresi içindir. Yani devrenin çalışmasını önlemek için kullanılmıştır. S 4 butonu kombinasyonun ilk basamağı olup, bu butona kısa bir süre basıldığında C 1 kondansatörü şarj olarak T 1 ve T 2 transistörlerini yaklaşık 4 saniye için iletime geçirir. S 5 butonu kombinasyonun ikinci basamağı olup, bu butona basıldığında C 1 kondansatörü SCR 1 tristörü tetiklenerek R 3 direnci üzerinde gerilim düşürür. Bu ise S 6 butonuna basıldığında SCR 2 tristörünün tetiklenmesi için gerekli akımı sağlar. Bu işlemler T 3 röle sürücü transistörünün iletime geçmesine değin sürer. Eğer şifre 4 saniye içinde açılmazsa sistem kapalı (off) durumuna geçer. Bu hâlde kilidin yeniden açılabilmesi için işlemleri baştan başlatmak gerekir. Eğer doğru sırayla gidilmeyip herhangi bir aşamada S 1 -S 3 butonlarından herhangi birisine basılırsa, sistem yeniden kapalı (off) durumuna geçer V SCR 1 SCR 2 SCR 3 SCR 4 1N4001 BC547 1 k 1 k 1 k 1 k 1 k 1 k 1 k 1 k 4,7 k BC547 Şekil 15: Şifreli kilit devresi 16. Optokuplörlü flaşör devresi: Şekil 16'da verilen devrede 555 entegresi ayarlanan frekansta çıkış sinyali üretir. Bu entegrenin verdiği akım MOC3010 optokuplörünün ledini çalıştırır. Işık yayan led fotodiyağı sürer. İletime geçen fotodiyak triyağı sürer ve lamba yanıp söner. Devrede kullanılan optokuplör sayesinde DC ile beslenen kare dalga üreteç devresiyle 220 voltluk triyaklı devre birbirinden yalıtılmış durumdadır op-amplı bas ve tiz kontrol (aktif filtre) devresi: Şekil 17'de verilen devre basit bir ekolayzerdir. Potların değeri değiştirilerek çıkıştan alınan ses sinyalinin bas ya da tiz olmasını sağlamak mümkündür. 18. Neon lamba tetiklemeli triyaklı lamba karartma (dimmer) devresi: Şekil18'de verilen devreye AC 220 V uygulandığında R ve P üzerinden şarj olmaya başlayan C'nin gerilimi V arası bir değere ulaştığında neon lamba iletime geçerek triyağı sürer. G ucu tetiklenen triyak lambayı çalıştırır. P'nin değeri artırılırsa C geç dolacağından neon lamba da geç iletime geçer ve lamba az ışık yayar. P'nin değeri azaltılırsa C hemen dolacağından neon lamba da erken iletime geçer ve lamba çok ışık yayar. 172

168 +5-12 V k 4,7 k 220 V k 555 MOC3010 BT V 4,7 µf Ω V cc Şekil 16: Optokuplörlü flaşör devresi Şekil 17: 741 op-amplı bas ve tiz kontrol devresi W k 1k 1 W T 1 2N V 220/2x12 V W trafo AC 220 V 500 k 100 nf 400 V Şekil 18: Neon lamba tetiklemeli triyaklı lamba karartma (dimmer) devresi BT p 1k 1 W T 1 2N3055 L 1 L 2 Şekil 19: İki transistörlü konvertisör devresi L W flüoresan lamba 19. İki transistörlü konvertisör devresi: Şekil 19'da verilen devreye DC 12 V uygulandığında ilk anda T 1 'in iletime geçtiğini varsayalım. T 1 'in beyzi R 1 ve L 2 üzerinden +12 volta bağlanmış olur. T 1 'in beyz akımı yavaş yavaş (L 2 ilk anda akımın artışına engel olduğu için) artmaya başlar. T 1 'in beyz akımının yavaş yavaş artması L 1 üzerinden gelen kolektör akımının da yavaş yavaş artmasına sebep olur. L 1 'den geçen değişken akımın yarattığı manyetik alan L 2 'yi etkileyerek beyzden geçen akımın daha çok yükselmesine neden olur. T 1 transistörünün kolektöründen geçen akım doyum değerine ulaştığından L 1 üzerinde oluşan manyetik alan sabitleşir. L 1 'in alanının sabit hâle gelmesi L 2 üzerindeki etkisini ortadan kaldırır. L 1 'in L 2 üzerinde yaptığı baskının ortadan kalkması L 2 'den geçen beyz akımının azalmasına yol açar. Beyz akımı azalmaya başlayınca L 1 'den geçen kolektör akımı da azalır. Kolektör akımının azalmaya başlaması L 1 üzerinde oluşan manyetik alanın yön değiştirmesine sebep olur. Yön değiştiren manyetik alan L 2 bobininden geçen akımı 0 seviyesine doğru indirir. T 1 'in beyz akımı 0 değerine indiğinde bu eleman kesime gider. T 1 kesime gidince T 2 iletime geçer ve yukarıda açıklanan işlemlerin benzeri meydana gelir. L 1 ve L 2 sarımlarında oluşan manyetik alanlar L 3 sarımında AC'ye benzeyen bir sinyal oluşmasını sağlar. 20. Optointerrupter'li hız (devir sayısı ölçme devresi: Şekil 20'de verilen basit devre ile motorun devir sayısına göre çıkıştan belli bir gerilim alınır. Çıkışa bir analog voltmetre bağlanacak olursa devir sayısına göre değişen gerilim görülebilir. Deneysel (öğretim) amaçlı olan devrede optointerrupterin içinde dönen delikli disk algılayıcı olarak çalışan fototransistörün iletim kesim olmasını sağlar. Fototransistör iletim kesim oldukça multivibratör devresinin ürettiği sinyalin frekansı değişir. 21. Step (adım) motor kontrol devresi: Şekil 21'de verilen devre ile disket sürücü, nokta vuruşlu yazıvı gibi DA optointerrupter 3-12 V teyp motoru delikli disk Şekil 20: Optointerrupter'li hız (devir sayısı) ölçme devresi k 330 Ω 10 k delikli disk 10 k +12 V 330 Ω 10 n 10 k 100 k NPN 10 n 1N4001 NPN 10 µf V çkş

169 cihazlarda kullanılan küçük güçlü step motorların istenilen hızda çalıştırılması sağlanabilir. Motorun dönüş hızını ayarlamak için potun değeri değiştirilir. 22. NTC ve op-amplı soğukta çalışan devre: Şekil 22'de verilen devre ortam soğukken rlöeyi çalıştırır. Devrede op-amp komparatör (kıyaslayıcı) olarak çalışmaktadır. Röle çalışırken led2, çalışmazken led1 ışık yayar 23. Akü şarj devresi: Şekil 23'te verilen devrede akü tam dolunca 2. SCR iletime geçer. İkinci SCR'nin iletken olması 1. SCR'nin G akımını keser. Akü gerilimi istenilen düzeye ulaştığında şarj kendiliğinden kesilir. 24. Faz koruma rölesi devresi: Şekil 24'te verilen devrede RST fazlarından birisi kesilince üç fazın birleşim noktasında bir gerilim oluşur. Bu gerilim diyotlar tarafından DC'ye çevrilir. DC gerilim T 1 ve T 2 'yi iletken yapar. T 2 iletken olunca T 3 kesime gider. T 3 kesime gidince röle kontağını açar ve kontaktöre giden akım kesilir. 1 k 1 k 10 k 10 µf Şekil 21: Step (adım) motor kontrol devresi 1 k 470 k 555 NTC 1-10 k +12 V S k 10 k 10 k 6 V 1N k V +12 V led1 NPN 180 k 1 k 1 k 1: mavi, 2: beyaz 1, 3: sarı, 4: beyaz 2, 5: kahverengi, 6: kırmızı S V led2 NPN alıcı V 25. Triyaklı flaşör devresi: Şekil 25'te verilen devrede multivibratör devresinin ürettiği kare dalga triyakı iletim ve kesime sokarak lambanın yanıp sönmesini sağlar. 26. Üç transistörlü, kaskad bağlı turn-off zaman rölesi devresi: Şekil 26'da verilen devreye DC uygulandığında C dolmaya başlar. C boşken T 1 kesim, T 2 iletim, T 3 iletim olur L yanar. C dolunca T 1 iletime, T 2 kesime, T 3 kesime gider L söner. 27. LDR'li ışığın şiddetini ölçme devresi: Şekil 27'de verilen devre deneysel (öğretim) amaçlıdır. LDR'ye gelen ışığın şiddetine göre voltmetrenin gösterdiği gerilim değeri yükselir. Şekil 22: NTC ve op-amplı sıcakta çalışan devre diyot diyot akü Şekil 23: Akü şarj devresi normal çalışma ledi 2xBC547 BC V 1 k 1 k BT k 10 k 10 k µf NPN G NPN 10 n µf A 1 A 2 L 220 V Şekil 24: Faz koruma rölesi devresi Şekil 25: Triyaklı flaşör 174

170 entegreli ışıkta ses üreten devre: Şekil 28'de verilen devre DC 5-18 V arası DC gerilimle beslenebilir. Ortam aydınlandığında devre ses üretmeye başlar. Devrenin ışığa karşı hassasiyeti pot ile ayarlanabilir. Pot ile LDR'nin yeri değiştirilecek olursa karanlıkta ses üreten devre yapılmış olur. 29. Üç transistörlü turn-off zaman rölesi devresi: Şekil 29'da verilen devrede butona basıldığında C hemen şarj olur. C'nin üzerinde biriken elektrik akımı T 1 transistörünü sürer. T 1 iletime geçtiğinde T 2 transistörünün beyzi T 1 üzerinden (- ) alarak bu elemanın iletime geçmesini sağlar. T 2 'nin iletken olması T 3 transistörünün beyzine tetikleme akımının gitmesine neden olarak bu elemanın da iletken olmasını sağlar. T 3 iletime geçtiğinde röle kontaklarını kapatarak alıcıyı çalıştırır. Bir süre sonra üzerindeki elektrik yükü biten kondansatör T 1, T 2 ve LDR T 3 transistörlerinin kesime gitmesine neden olur. Devrede kondanasatöre paralel olarak 500 kiloohmluk bir pot bağlayarak alıcının çalışma zamanını değiştirmek mümkündür. BC Kararsız (astable) multivibratörlü periyodik çalışan röle devresi: Şekil 30'da verilen devrede transistörler sırayla iletim ve kesim olur ve röle alıcıyı kesik kesik çalıştırır entegreli ses üreteci devresi: Şekil 31'de verilen devrenin ürettiği sesin tonu R 1, R 2 ya da C'nin değeri değiştirilerek ayarlanabilir. 10 k B 10 k 10 k 100 k 1 k 100 µf NPN Şekil 26: Üç transistörlü, kaskad bağlı turn-off zaman rölesi devresi BC k 10 k 10 k 1 k 100 k 1 k NPN 1N4001 NPN 10 k + 12 V 10 k BC547 BC547 1N4001 1N4001 Şekil 27: LDR'li ışığın şiddetini ölçme devresi S 1 k +12 V L DC-AC 8 Ω 0,5 W B NPN PNP +12 V 1N4001 3,3 k 3,3 k 1 k 1N µf 100 µf +12 V 100 µf NPN NPN NPN Şekil 28: 555'li ışıkta ses üreten devre Şekil 29: Üç transistörlü turnoff tipi zaman rölesi Şekil 30: Kararsız multivibratörlü periyodik çalışan röle devresi 22 k +12 V 8 Ω 0,5 W 100 k NPN NPN 10 k 220 µf +12 V B 1N4001 Şekil 31: 555 entegreli ses üreteci devresi Şekil 32: İki transistörlü turn-on zaman rölesi devresi 32. İki transistörlü turn off zaman rölesi devresi: Şekil 32'de verilen devrede S anahtarı kapatılınca C dolmaya başlar. C dolunca T1 ve T2 iletime geçer, röle çeker ve lamba yanar. 175

171 33. LDR'li ışığın BC547 şiddetini ölçme + devresi: Şekil 33'te 6,8R ısı sensörü olarak verilen devrede 1N4148 4,7 k 1N4148 diyodu ısı 1 M 270 k sensörü olarak 10 k kullanılmıştır. 1N4148 DIL diyodunun gövde 39 k sıcaklığının 1 C 47 k değişmesi jonksiyon geriliminin 0,2 mv 470 p 100 k değişmesine yol açar. 100 p - 6,8 k Devre kurulduktan sonra 1N4148 diyoduna buz Şekil 33: LDR'li ışığın şiddetini ölçme devresi değdirilip potlarla ayar yapılarak çıkışın 0 V olması sağlanır. 1N4148 diyodu havya ile ısıtılarak çıkış geriliminin değişimi gözlenir. BT136 BT136 BT Triyaklı ışık modülatörü devresi: Şekil 34'te verilen devre müziğin şiddetine göre lambaların ışık yaymasını sağlar. Devre verimli çalışmazsa triyakların G ucuna bağlı olan dirençlerin değerleri değiştirilmelidir. 35. LM317 entegreli sıcaklığa göre motorun hızını değiştiren devre Şekil 8.43 te verilen devrede ortam sıcaklığı arttığı zaman NTC nin direnci azalır ve pot üzerinden geçen akım artar. Potun üzerinden geçen akımın artması bu elemanın üzerinde düşen gerilimi artırır. Potun geriliminin artması çıkış gerilimini yükseltir ve DA motorun devir sayısı artar. Ortam sıcaklığı azaldığı zaman NTC nin direnci artar + - giriş 100 nf ve pot üzerinden geçen akım azalır. Potun üzerinden geçen akımın azalması bu elemanın üzerinde düşen gerilimi azaltır. Potun geriliminin azalması çıkış gerilimini düşürür ve DC motorun devir sayısı azalır. DC 12 V 36. Kopmayla çalışan alarm devresi Şekil 8.44 te verilen devrede ince tel kopartıldığı zaman T 1 in kolektöründen geçen akım T 2 nin beyzinden geçmeye başlar ve T 2 iletime geçerek röleyi çalıştırır. Röle kontağını kapattığı zaman alarm çalışmaya başlar. 3,3 k Ses üreten anfinin çıkışına bağlanır. 47 µf k 1,5 k 10 k 10 k 10 k voltmetre Şekil 34: Triyaklı ışık modülatörü devresi LM317 şase 1,5 k 1,5 k çıkış 5-10 k Ω -T NTC G 1N4148 A 2 A 1 çıkış W lâmba AC 220 V DC 12 V motor Şekil 35: LM317 entegreli sıcaklığa göre motorun hızını değiştiren devre 10 k ince tel BC547 T 1 10 k 1N4001 A 12 V BC308 T V Şekil 36: Kopmayla çalışan alarm devresi zil

172 37. İki transistör ve NTC li ısıya duyarlı devre Şekil 37'de verilen devrede ortam sıcakken NTC üzerinde oluşan gerilim azalır. T 2 kesime, T 1 ise iletime geçer. Rölenin kontakları konum değiştirir. Ortam soğuduğunda NTC üzerinde düşen gerilim artar. T 1 iletim, T 2 kesim olur. 38. İki transistör ve LDR li ısıya duyarlı devre Şekil 38'de verilen devrede ortam aydınlıkken LDR üzerinde oluşan gerilim azalır. T 2 kesime, T 1 ise iletime geçer. Rölenin kontakları konum değiştirir. Ortam karardığında LDR üzerinde düşen gerilim artar. T 1 iletim, T 2 kesim olur. -T 1 k 100 k 12 V 470 Ω 470 Ω 470 Ω 470 Ω NPN NPN L 1-10 k 1 L 2 Şekil 37: İki transistör ve NTC li ısıya duyarlı devre 39. Yüksek çıkış akımlı DC-AC konvertisör devresi Şekil 39 da verilen devre 12 V'luk DC yi 220 V'luk AC ye çevirebilir. Çıkıştan alınan AC nin frekansı 4047 adlı entegrenin 2-3 numaralı ayakları arasına bağlanmış olan potun değeri değiştirilerek ayarlanabilir. Devrede trafonun primer sargılarından geçen akımın yüksek olması için büyük güçlü transistörler kullanılmıştır. 12 V 470 Ω 1 k 470 Ω NPN L 1 L 2 NPN 1 k 100 k 220 Ω Şekil 38: İki transistör ve LDR li ışığa duyarlı devre Şekil 39: Yüksek çıkış akımlı DC-AC konvertisör 40. Triyakın optokuplörle sürülmesi Şekil 40 ta verilen devrede S anahtarı kapatıldığında enfraruj led ışık yayarak fotodiyağı iletime sokar. Fotodiyak iletken olunca triyak tetiklenir ve lamba yanar. S anahtarı açılınca lamba söner. 177 Şekil 40: Triyakın optokuplörle sürülmesi

173 W W W L 1 L 2 AC 220 V 470 k diyak BT136 AC 220 V BT136 BT k diyak diyak Şekil 41: Triyaklı flaşör devresi 41. Triyaklı flaşör devresi Şekil 41'de verilen devreye AC uygulandığında 1N4007 diyodunun çıkışındaki doğru akım C yi doldurmaya başlar. C nin gerilimi V seviyesine yükseldiğinde diyak iletime geçerek triyakı sürer ve lamba yanar. C boşalınca triyak kesime gider ve lamba söner. Potun değeri değiştirilerek C nin dolma zamanı ayarlanabilir. Potun değeri küçültüldüğünde C çabuk dolacağından lambanın yanıp sönme hızı artar. 42. Triyaklı karşılıklı kararan lambalar devresi Şekil 42'de verilen devrede potun orta ucunun konumuna göre L 1 ya da L 2 lambası ışık verir. 43. Kararsız (astable) multivibratör ve tiryaklı flip flop (multivibratör) devresi Şekil 43 te verilen devrede kararsız multivibratör devresinde kullanılan direnç ve kondansatörlerin değerine bağlı olarak lambalar yanıp söner. 44. Transistör ve triyaklı turn-off zaman tipi zamanlayıcı devresi Şekil 44 te verilen devrede B ye basılınca C dolar. C nin üzerindeki elektrik yükü transistörü sürer. Transistör iletime geçince triyakı sürer ve lamba yanar. C boşalınca transistör ile triyak kesime gider ve lamba söner. Şekil 42: Triyaklı karşılıklı kararan lambalar devresi 100 k 100 k 1 k 1 k W W 10 k BT136 BT k µf µf BC547 BC547 Şekil 43: Kararsız multivibratör ve triyaklı flip flop devresi +12 V 1 k 1 k W B BT k BC µf k Şekil 44: Transistör ve triyaklı turn-off tipi zamanlayıcı V'luk DC ile AC 220 V'luk flüoresan lambayı çalıştıran DC-AC konvertisör devresi Şekil 45'te verilen devre 12 V'luk DC yi 220 V'luk AC ye çevirebilir. Şekil 45: 12 V'luk DC ile AC 220 V'luk flüoresan lambayı çalıştıran DC-AC konvertisör devresi 178

174 Transistörler Elemanın kodu Tipi Gerilimi (V) Akımı (A) Gücü (W) Frekansı (MHz) Ayakların dizilişi Elemanın kodu Tipi Gerilimi (V) Akımı (A) Gücü (W) Frekansı (MHz) Ayakların dizilişi 176

175 Transistörler Elemanın kodu Tipi Gerilimi (V) Akımı (A) Gücü (W) Frekansı (MHz) Ayakların dizilişi Elemanın kodu Tipi Gerilimi (V) Akımı (A) Gücü (W) Frekansı (MHz) Ayakların dizilişi 177

176 UJT ler Sabit çıkışlı regülatör entegreleri Elemanın kodu Tipi Özellikleri Ayakların dizilişi Elemanın kodu Çıkış gerilimi Çıkış akımı (A) Ayakların dizilişi şase giriş çıkış giriş şase çıkış PUT lar Elemanın kodu Özellikleri Ayakların dizilişi Ayarlı çıkışlı regülatör entegreleri Elemanın kodu Çıkış gerilimi Çıkış akımı (A) Ayakların dizilişi Elemanın kodu SUS lar Özellikleri Ayakların dizilişi V V V V 178

177 Tristörler Triyaklar Elemanın kodu Gerilimi (V) Akımı (A) Tetiklenme akımı (I gt ) Tutma akımı (I h ) Ayakların dizilişi Elemanın kodu Gerilimi (V) Akımı (A) Tetiklenme akımı (I gt ) Tutma akımı (I h ) Ayakların dizilişi 179

178 74XX serisi TTL tipi lojik kapı entegrelerinin yaygın olarak kullanılanlarının ayaklarının dizilişi V CC V CC V CC şase (gnd.) şase şase V CC V CC V CC şase şase şase V CC V CC V CC şase şase şase V CC V CC V CC şase şase şase V CC V CC V CC şase şase şase 180

179 74XX serisi TTL tipi lojik kapı entegrelerinin yaygın olarak kullanılanlarının ayaklarının dizilişi V CC NC (boş) V CC V CC şase şase şase V CC V CC V CC şase şase şase V CC V CC V CC şase şase şase şase V CC şase V CC şase V CC şase V CC şase V CC şase V CC 181

180 40XX serisi C-MOS tipi lojik kapı entegrelerinin yaygın olarak kullanılanlarının ayaklarının dizilişi V CC V CC V CC şase şase şase V CC V CC V CC şase şase şase V CC V CC V CC şase şase şase V CC V CC V CC şase şase şase V CC V CC V CC şase şase şase 182