Teknoloji Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği 2018-2019 Bahar Yarıyılı EEM108 Elektrik Devreleri I Laboratuvarı Deney 1 Benzetim Programının Tanıtılması Öğrenci Adı : Numarası: Deney Tarihi : Deney kurallarını okuyunuz. Bu deneyde deney kurallarına uyulması zorunludur. Deney 1. Benzetim Programının Tanıtılması Deneyin Amacı Bu deneyde elektrik-elektronik devreleri için kullanılan benzetim programına ilişkin temel kullanım bilgi becerileri edinmeniz hedeflenmektedir. Her deney için sadece ilgili deneyin raporu öğretim elemanına teslim edilecektir. Örneğin ilk hafta için (Deney 1) 1.,2. ve 3. sayfalar ve ilgili deneyin benzetim çıktıları teslim edilecektir. Önbilgi Elektrik-elektronik devrelerinde tasarımı yapılan/yapılacak olan bir devrenin çalışmasını gözlemlemek, akım- gerilim değerlerini bulmak, sinyal çıkışını anlamak vb. amaçlarla benzetim çalışması yapılmaktadır. Benzetim (simülasyon), bir devrenin gerçek davranışına benzer olarak, tamamıyla matematiksel hesaplamalara dayalı şekilde devrenin çalışmasının bilgisayar ortamında taklit edilmesidir. Ancak her ne kadar gerçek ortama benzemeye çalışsa da bilgisayar ortamı ideal ortam olduğu için gerçek ölçümlerle arasında çok küçük farklar oluşabilir. a) Deney Öncesi Hazırlıklar (Ön Çalışma) 1. Aşağıdaki devrede A-B arasındaki eşdeğer direnci hesaplayınız. (Hesaplamayı aşağıdaki boş alana tükenmez kalemle yapınız) 1
2. Aşağıdaki devrede voltmetre ve ampermetre üzerinde görülen değerleri hesaplayınız. (Hesaplamayı aşağıdaki boş alana tükenmez kalemle yapınız) 3. Aşağıdaki devrede her bir direnç üzerinde görülen gerilim değerlerini ve her bir koldan geçen akım değerlerini hesaplayınız. (Hesaplamayı aşağıdaki boş alana tükenmez kalemle yapınız) 2
b) Deneyde Yapılacaklar Ön çalışma 1. devreyi laboratuvarda bilgisayara kurunuz. Eşdeğer direnç değerini ohmmeter ile ölçünüz. Ön çalışma 2. devreyi laboratuvarda bilgisayara kurunuz. Akım ve gerilim değerlerini ölçünüz. Ön Çalışma 3. devreyi laboratuvarda bilgisayara kurunuz. Akım ve gerilim değerlerini (her birini aynı anda) ölçünüz. c) Deney Sonrası Yapılacaklar Aşağıdaki devreyi,deney sonrasında benzetim programıyla kurunuz. Sinyal kaynağını kare dalga, 1V, 1kHz olarak ayarlayınız. Giriş ve çıkış sinyallerini osiloskop ile gözlemleyiniz. Devre şemasını (deneyde size gösterildiği gibi antetle beraber) ve osiloskop ekran görüntüsünü (deneyde size gösterildiği gibi siyah beyaz) deney raporunuzun en arkasına ekleyerek deneyden sonraki pazartesi günü Saat 13.00-16.00 arası imza karşılığında teslim ediniz. Hazırlık Deney Deney Toplam Sonrası %30 %45 %25 %100 3
Teknoloji Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği 2017-2018 Bahar Yarıyılı EEM108 Elektrik Devreleri I Laboratuvarı Deney 2 Ölçü Aletlerinin Tanıtılması Öğrenci Adı : Numarası : Deney Tarihi : Deney kurallarını okuyunuz. Bu deneyde deney kurallarına uyulması zorunludur. Deney 2. Ölçü Aletlerinin Tanıtılması Deney Öncesi Hazırlıklar 1. Voltmetrenin ve ampermetrenin elektriksel büyüklüğü ölçülecek devre elemanına bağlantı şekli (paralel ya da seri) nasıl olmalıdır? Düşünülen şekilde bağlanmasının sebebi nedir, araştırınız. 4
2. Şekil 4 ve Şekil 5 de verilen devreleri Multism veya Proteus ISIS programı ile çiziniz ve aşağıdaki tabloyu doldurunuz. Benzetim programı devre görüntüsünün çıktısını alınız ve rapora ekleyiniz. Şekil 4 Şekil 5 Voltmetre 1 Voltmetre 2 Voltmetre 3 Ampermetre 1 Ampermetre 2 Ampermetre 3 E=5V E=10V E=15V a) Deneyde Yapılacaklar 1. Şekil 4 de verilen devreyi kurunuz. DC gerilim kaynağının değişen değerleri için, (E=5V, E=10V, E=15V) için her bir direncin üzerindeki gerilim değerini (V 1,V 2 ve V 3 ) Tablo-2 ye kaydediniz. Tablo 2: 1k, 220 ve 330 ohm luk dirençler için ölçülen gerilim değerleri(v 1,V 2 ve V 3 ) E (V) V1(V) V2(V) V3(V) 5 10 15 2. Şekil 5 da verilen devreyi kurunuz. DC gerilim kaynağının değişen değerleri için, (E=5V, E=10V, E=15V) için her bir direncin üzerinden geçen akım değerlerini (I 1,I 2 ve I 3 ) Tablo-3 e kaydediniz. Tablo 3: 1k, 220 ve 330 ohm luk dirençler için ölçülen akım değerleri(i 1,I 2 ve I 3 ) E (V) I1(A) I2(A) I3(A) 5 10 15 2. Şekil 6 da verilen devreyi kurarak her bir direnç değerini (R 4, R 5, R 6 ve R 7 ) renk kodlarından hesaplayınız. Eşdeğer direnci hesaplayınız. Sonuçları Tablo-4 e kaydediniz. 5
3. Her bir direnci ve toplam eşdeğer direnç (Reş) değerini ölçünüz ve sonuçları Tablo-4 e kaydediniz. Tablo-4: Renk Kodları İle Hesaplanan ve Ölçülen Direnç Değerleri Direnç Değeri R4(Ω) R5(Ω) R6(Ω) R7(Ω) Reş Hesaplanan Ölçülen b) Deney Sonrası Yapılacaklar 1.Multimetre kullanılarak ölçülen ve renk kodları yardımı ile hesaplanan direnç değerlerini karşılaştırınız. Farklılık varsa sebebi neden kaynaklanabilir, yorumlayınız. 2.Deneyin 1. Adımında hesaplanan V 1,V 2 ve V 3 gerilim değerlerinin kaynak gerilimine eşit olduğunu gösteriniz (Kirchoff Gerilimler Yasası). 6
3.Deneyin 2. Adımında hesaplanan I 2 ve I 3 kol akımı değerlerinin, ana kol akımına (I 1 ) eşit olduğunu gösteriniz (Kirchoff Akımlar Yasası). Değerlendirme Hazırlık Deney Yapılması Deney Sonrası Deney Düzeni Laboratuvar Düzeni Toplam %30 %30 %20 %10 %10 %100 7
Teknoloji Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği 2017-2018 Bahar Yarıyılı EEM108 Elektrik Devreleri I Laboratuvarı Deney 3 Kirchoff un Akım ve Gerilimler Yöntemi Öğrenci Adı : Numarası : Deney Tarihi : Deney kurallarını okuyunuz. Bu deneyde deney kurallarına uyulması zorunludur. a) Genel Bilgi-Ön Çalışma Deneyin Yapılışı 1.Şekil-8 de verilen devreyi benzetim programında ve breadboard üzerinde kurarak, A ve B düğümlerine giren ve çıkan akım değerlerini (i 1, i 2, i 3.i 6 ) bularak Tablo-4 e kaydediniz. Şekil-8:Kirchoff Akımlar ve Gerilimler Yasası nın Uygulanacağı Deney Devresi Tablo-3: Şekil-8 de Verilen Devre İçin Dirençlerin Üzerinden Geçen Akım Değerleri Sonuç i1 (ma) i2(ma) i3(ma) i4(ma) i5(ma) i6(ma) Benzetim Ölçüm Deneysel Ölçüm 2.Bir önceki adımda kurulan (Şekil-8) devrede yer alan her bir elemana ait gerilim değerlerini bulunuz ve Tablo-4 e kaydediniz. Tablo-4: Şekil-8 de Verilen Devre İçin Dirençlerin Uçları Arasındaki Gerilim Değerleri Ölçüm V1(V) V2(V) V3(V) V4(V) V5(V) V6(V) Benzetim Deneysel 3. R 1 =560 Ω, R 2 =1000Ω ve R 3 =2200Ω luk 3 adet direnç seçiniz ve multimetre kullanarak her 3 direnç değerini ölçünüz.
4. Her bir direnç değeri için ayrı ayrı Şekil-9 daki devreyi kurarak V=0V, 2V, 4V, 6V, 8V ve 10V değerleri için sırasıyla her bir gerilim değerine karşın direnç üzerinden geçen akım değerini kaydederek Tablo-5 e yazınız. Şekil-9: Direnç Uygulama Devresi Tablo-5: R Direncine Ait Akım ve Gerilim Değerleri 560Ω 1kΩ 2.2kΩ E (V) IR1(mA) VR1(V) IR2(mA) VR2(V) IR3(mA) VR3(V) 0 2 4 6 8 10 b) Deney Sonrası Yapılacaklar 1. Benzetim ve uygulama sonuçlarında farklılık var mıdır? Varsa sebebi nedir? 9
2. Şekil-8 de verilen devrede KCL ve KVL ile 1.2kohm luk direnç üzerindeki gerilimi ve akımı matematiksel olarak hesaplayınız. Sonuçlarını deney ile karşılaştırınız. Değerlendirme Hazırlık Deney Yapılması Deney Sonrası Deney Düzeni Laboratuvar Düzeni Toplam %30 %30 %20 %10 %10 %100 10
Teknoloji Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği 2017-2018 Bahar Yarıyılı EEM108 Elektrik Devreleri I Laboratuvarı Deney 4 Toplamsallık Yöntemi Öğrenci Adı : Numarası : Deney Tarihi : Deney kurallarını okuyunuz. Bu deneyde deney kurallarına uyulması zorunludur. Deney 1. Şekil 10 da verilen devreyi; 1.1 E=20 V luk kaynak devrede iken ( E=10 V luk kaynak kısa devre) 1.2 E=10 V luk kaynak devrede iken ( E=20 V luk kaynak kısa devre) 1.3 E=20 V ve E=10 V luk kaynak devrede iken Proteus/ISIS programı kullanarak her bir eleman üzerinden geçen akım ve uçları arasındaki gerilim değerlerini bulunuz ve sonuçları Tablo-6 ya kaydediniz. Şekil 10. (a) E=20V devrede (b) E=10V devrede (c) E=20V ve E=10 V devrede iken Tablo-6 Benzetim Sonuçları R1(Ω) R2(Ω) R3(Ω) R4(Ω) I1 (A) V1 (V) I2 (A) V2 (V) I3 (A) V3 (V) I4 (A) V4 (V) E=20 V devrede E=10 V devrede E=20 V ve E=10 V devrede iken
Not: Sadece simülasyon programınızın sonuçlarını, Tablo-6 e eklemeniz yeterli değildir. Programınızın her 3 durum için (Şekil 10), çıktısını yani görüntülerini ön hazırlık çalışmanızın arkasına zımbalayınız. a) Deneyde Yapılacaklar Şekil 11: Deney Uygulama Devresi Şekil 11 de verilen devreyi breadboard üzerinde kurunuz ve ardından toplamsallık (süperpozisyon) teoremini uygulayarak her bir eleman üzerinden akan akım ve uçları arasında gerilim değerini elde ederek Tablo-7 ye kaydediniz. Tablo-7 Deney Sonuçları R1(Ω) R2(Ω) R3(Ω) R4(Ω) Deney Sonuçları I 1 (A) V 1 (V) I 2 (A) V 2 (V) I 3 (A) V 3 (V) I 4 (A) V 4 (V) E=20 V devrede E=10 V devrede E=20 V ve E=10 V devrede iken b) Deney Sonrası Yapılacaklar Deneysel olarak elde ettiğiniz akım ve gerilim değerlerini kullanarak Superpozisyon (Toplamsallık) Teoreminin varlığını matematiksel olarak ispatlayınız. 12
Değerlendirme Hazırlık Deney Yapılması Deney Sonrası Deney Düzeni Laboratuvar Düzeni Toplam %30 %30 %20 %10 %10 %100 13
Teknoloji Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği 2017-2018 Bahar Yarıyılı EEM108 Elektrik Devreleri I Laboratuvarı Deney 5 Güç Sakınımı ve Maksimum Güç Transferi Öğrenci Adı : Numarası : Deney Tarihi : Deney kurallarını okuyunuz. Bu deneyde deney kurallarına uyulması zorunludur. 3-Ön Hazırlık Şekil 12. Maksimum güç transferi deneyi devresi 1) Şekil 12 deki devreyi matematiksel olarak ve benzetim programında çizerek Thevenin ve Norton teoremleri için Iyük ve Vyük sonuçlarını kaydediniz. Benzetim programında Şekil 12 deki devre, Thevenin eşdeğer devresi ve Norton eşdeğer devresi olmak üzere 3 adet devre şemasını deney raporunuza zımbalayınız. 2) 12 V luk gerilim kaynağı üzerindeki gücü hesaplayınız, kaynağın güç ürettiğini veya tükettiğini belirtiniz.
3) 5V luk gerilim kaynağı üzerindeki gücü hesaplayınız, kaynağın güç ürettiğini veya tükettiğini belirtiniz. 4) Dirençlerin tükettiği güçleri hesaplayınız. 5) Devrede üretilen toplam gücün tüketilen toplam güce eşit olduğunu gösteriniz. 6) Maksimum güç aktarım teoremini uygulayarak, a-b uçları arasına bağlanan R L direncine maksimum güç aktarabilmek için R L nin hangi değerde seçilmesi gerektiğini ve R L üzerine aktarılan maksimum gücü hesaplayınız. a) Deneyde ve Sonrasında Yapılacaklar 1. Şekil 12 de verilen devreyi laboratuvarda kurunuz. Bulunan akım-gerilim-güç değerlerini Tablo-1 e kaydediniz. Tablo 1 Devre Elemanı Voltaj Akım Güç V1 15
V2 R1 R2 R3 R L 2. Devredeki üretilen toplam gücün tüketilen toplam güce eşit olduğunu gösteriniz (enerjinin korunumu). 3. R L direncini devreden çıkardıktan sonra a-b uçları arasından görünen Thevenin eşdeğer devresini elde ediniz. Aşağıya çiziniz. 4. Devrenin a-b uçları arasındaki acık devre gerilimi Vab yi okuyunuz ve kaydediniz. 5. Devrenin Vc düğüm gerilimini (c düğümü ile referans düğüm arasındaki gerilim) okuyunuz ve kaydediniz. R3 direnci üzerinden akım geçmediği icin V1 düğüm geriliminin Vab acık devre gerilimine eşit olduğunu görünüz. Vc=Vab geriliminin devrenin a-b uçları arasından görülen Thevenin eşdeğer gerilimi (VTh) olduğunu not ediniz. 6. 12 V luk ve 5 V luk kaynakların bağlantılarını çözüp yerlerine kısa devreler bağlayınız ve a-b uçları arasındaki Rab eşdeğer direncini ölçünüz. 16
7. Bu direnç değerinin Thevenin eşdeğer direnci (R Th ) olduğunu not ediniz. Şekil 3 deki devrede, a-b uçları arasına değişken yük direnci (R L ) olarak 10kΩ luk potansiyometreyi bağlayınız. Potansiyometrenin değerini 1,2 kω dan başlayarak 100 Ω luk artışlarla 1,8 kω değerine kadar arttırınız ve her defasında Pot(R L ) üzerinden gecen akımın değerini kaydediniz ve her ölçüm icin R L üzerine aktarılan gücü hesaplayınız. 8. Yük direnci RL üzerine aktarılan gücü maksimum yapan RL direncinin değerini yazınız. Değerlendirme Hazırlık Deney Yapılması Deney Sonrası Deney Düzeni Laboratuvar Düzeni Toplam %30 %30 %20 %10 %10 %100 17
Teknoloji Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği 2017-2018 Bahar Yarıyılı EEM108 Elektrik Devreleri I Laboratuvarı Deney 6 Geçici Durum İncelenmesi Öğrenci Adı : Numarası : Deney Tarihi : Deney kurallarını okuyunuz. Bu deneyde deney kurallarına uyulması zorunludur. a) Deney Öncesi Deneyde yapılacak tüm işlemleri benzetim programında uygulayınız. Deney şemalarının ve osiloskop ekran görüntülerinin çıktılarını deney raporunuza ekleyiniz. b) Deneyde Yapılacaklar 4.1.RC Devresi Şekil-7:Seri Bağlı RC Devresinde Geçici Durum Analizi 4.1.1.Devreye gerilim kaynağı olarak sinyal jeneratörünü bağlayınız. Sinyalin biçimini kare dalga frekansını sırasıyla 500Hz, 1kHz ve 2kHz e, üst gerilim değerini 5 V alt gerilim değerini 0 V ayarlayınız. 4.1.2.Osiloskobun birinci kanalını A noktasına bağlayarak (sırasıyla 500Hz, 1kHz ve 2kHz frekans için) kaynağın ürettiği sinyali, ikinci kanalını B noktasına bağlayarak kondansatörün gerilimi gözlemleyiniz. Ölçekli olarak Tablo 1 e çiziniz. Gerilim değerlerini yazınız. 4.1.3.Osiloskobun birinci kanalını B noktasına bağlayarak kondansatörün gerilimini, ikinci kanalını C noktasına bağlayarak direncin gerilimini (sırasıyla 500Hz, 1kHz ve 2kHz frekans için) gözlemleyiniz. Ölçekli olarak Tablo 2 ye çiziniz. Gerilim değerlerini yazınız.
4.2.RL Devresi Şekil-8:Seri Bağlı RL Devresinde Geçici Durum Analizi 4.2.1. Devreye gerilim kaynağı olarak sinyal jeneratörünü bağlayınız. Sinyalin biçimini kare dalga frekansını sırasıyla 50kHz, 100kHz, 200kHz e üst gerilim değerini 5 V alt gerilim değerini 0 V ayarlayınız. 4.2.2.Osiloskobun birinci kanalını A noktasına bağlayarak (sırasıyla 50kHz, 100kHz, 200kHz için) kaynağın ürettiği sinyali, ikinci kanalını B noktasına bağlayarak bobinin gerilimini gözlemleyiniz. Ölçekli olarak Tablo 3 e çiziniz. Gerilim değerlerini yazınız. 4.2.3.Osiloskopun birinci kanalını B noktasına bağlayarak bobinin gerilimini, ikinci kanalını C noktasına bağlayarak direncin gerilimini (sırasıyla 50kHz, 100kHz, 200kHz için) gözlemleyiniz. Ölçekli olarak Tablo 4 e çiziniz. Gerilim değerlerini yazınız. TABLO 1 19
TABLO 2 TABLO 3 20
TABLO 4 c) Deney Sonrası 1. Şekil 7 de sığaç değeri 200pF olması durumunda, tam dolma ve tam boşalma durumunu gözlemlemek için üretecin frekansı kaç Hz ayarlanmalıdır? 2. Şekil 8 de bobin değerinin 1mH olması durumunda, 1kHz lik kare dalga uygulanması sonucunda bobin üzerinde oluşacak sinyali, hesaplamaları göstererek, çiziniz. 21
Değerlendirme Hazırlık Deney Yapılması Deney Sonrası Deney Düzeni Laboratuvar Düzeni Toplam %30 %30 %20 %10 %10 %100 22