Bölüm 3: Zaman geciktirme devreleri A. 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 CE 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, kontroldür. B C E NPN PNP Şekil 3.1: Yüzey temaslı transistörlerin yapısının basit olarak gösterilmesi Şekil 3.2: NPN ve PNP transistör sembolleri Şekil 3.3: Çeşitli transistörler NPN tipi transistörlerin yapısı Şekil 3.4'te görüldüğü gibi NPN transistör yapılırken iki adet N tipi özelliğe sahip yarı iletken malzemenin arasına ince bir katman hâlinde P tipi malzemeden beyz tabakası yerleştirilmiştir. Araya yerleştirilen beyz tabakası iki büyük tabaka arasındaki elektronoyuk 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 kolektör (C) kolektör (C) gibi, küçük bir akım ile büyük bir alıcının çalışması da sağlanabilir. N P PNP tipi transistörlerin yapısı Şekil 3.5'te görüldüğü gibi PNP transistör 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 elektronoyuk geçişini kontrol etme bakımından görev yapmaktadır. beyz (B) emiter (E) P N Şekil 3.4: NPN transistörün yarı iletken yapısı beyz (B) emiter (E) N P Şekil 3.5: PNP transistörün yarı iletken yapısı 33
Transistörlerin anahtarlama (onoff) elemanı olarak kullanılması Transistörün kesim (yalıtım) ve doyum (tam iletim) durumunda olması, elemanın anahtarlama yapıcı olarak çalıştırılmasıdır. Aktif bölgede çalışma ise yükselteç devrelerinde geçerlidir. Anahtarlama elemanı olarak kullanılacak transistörün açma kapama (onoff) zamanlarının çok kısa olması gerekir. Özellikle yüksek frekanslı devrelerde, zaman rölelerinde, periyodik çalışan sistemlerde, dijital düzeneklerde açmakapama 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 arttırır. İşte bu nedenle uygulamada, transistör, tristör, triyak vb. gibi elemanlar kullanılarak küçük bir anahtarla büyük alıcılara kumanda edilebilmektedir. S 10 kω 10 kω + 912 V 330 Ω NPN Şekil 3.6: Transistörün anahtar olarak çalıştırılması 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 3.6'da verilen devrede S mini anahtarıyla alıcısı (led, lâmba, ısıtıcı, motor vb.) çalıştırılabilir. Şöyle ki; S kapatılınca transistörün beyzine küçük bir akım gider. Bu akım transistörün CE uçları arasından yüksek değerli bir akım geçmesine neden olur. Bu sayede alıcısı çalışmaya başlar. Aslında anahtarlama işlemi sadece alıcı çalıştırmayla sınırlı değildir. Şöyle ki; bazı devrelerde osilasyonlu (salınımlı) sinyaller elde edebilmek için transistörlü açkapa (onoff) yapıcı devreler kullanılır. Yani transistör, CE arasından geçen akımı sürekli verirkeser. Bu işleme de anahtarlama denir. Transistörlerle röle ve kontaktörlerin kumandası Transistörlerle yalnızca DC ile çalışan alıcıları besleyebiliriz. Yani, AC ile çalışan bir motoru transistöre bağlamak mümkün değildir. Ancak, araya şekil 3.7'de görüldüğü gibi bir röle bağlanırsa, transistör ile her türlü alıcıya kumanda edilebilir. Transistörlerin ayarlı direnç (reosta) olarak kullanılması Büyük güçlü alıcıların akım ayarı, yüksek akımlı ve büyük gövdeli reostalarla yapılabilir. Fakat reostalar hem çok yer kaplar, hem de ek bir enerji tüketirler. Ancak, pot ve transistör temeli üzerine kurulu devrelerle daha iyi akım kontrolü yapılabilir. Şekil 3.8'de verilen devrede P nin değeri değiştirildikçe beyze giden tetikleme akımı değişir ve buna bağlı olarak C den E ye geçen akım ayarlanarak nin gücü kontrol edilmiş olur. 912 V S 10 kω NPN 912 V röle + 912 V Şekil 3.7: Transistörle rölenin çalıştırılması T R 1 3.3 kω P 1050 kω R 2 1 kω + 912 V Transistörlerin yükselteç olarak kullanılması Transistörler kullanılarak teyplerin okuyucu kafası, mikrofon vb. gibi düzeneklerin ürettiği zayıf elektrik 34 Şekil 3.8: Transistörün ayarlı direnç olarak kullanılması
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. B. Transistörlü zamanlayıcı devresi çeşitleri Endüstriyel sistemlerde bazı işlemlerin belli bir zaman gecikmesiyle yapılması istenir. İşte bu durumlarda zaman rölesi devreleri kullanılır. C giriş V giriş R B Yükseltilecek sinyal buradan uygulanır. DC polarma direnci NPN TR yük direnci Şekil 3.9: Transistörün yükselteç olarak kullanılışının basitçe gösterilmesi C çıkış Yükseltilmiş sinyal buradan alınır. Şekil 3.10: Uygulamada kullanılan çeşitli zamanlayıcılar Uygulamada kullanılan zamanlayıcı çeşitleri a. Belli bir süre çalışıp duran zaman rölesi devreleri (turnoff zamanlayıcılar), b. Belli bir süre sonra çalışmaya başlayan zaman rölesi devreleri (turnon tipi zamanlayıcılar), c. Periyodik (aralıklı) olarak çalışan zaman rölesi devreleri En basit zaman gecikmesi, bir kondansatörün direnç üzerinden şarj olması ilkesine dayanmaktadır. Ayrıca, bir bobinin üzerinden geçen akımın yükseliş ve düşüş anında yaratmış olduğu geçici rejim de (durum) bir zaman gecikmesi olayıdır. Zaman rölelerinin devre yapısı bakımından sınıflandırılması Gelişmiş ve uzun süre geciktirmeli devreler üç kısımda incelenmektedir. a. Analog esaslı (transistör, tristör, triyaklı vb.) zamanlayıcılar, b. Entegreli (555, 741 vb.) zamanlayıcılar, 5,647 kω c. Dijital esaslı (lojik kapı entegreli) zamanlayıcılar Zamanlayıcı devrelerine ilişkin örnekler a. Tek transistörlü, alıcıyı gecikmeli olarak çalıştıran (turnon tipi) zamanlayıcı devresi Şekil 3.11 de verilen şemada besleme gerilimi devreye uygulandığında R ve P üzerinden geçen akım C'yi doldurmaya başlar. C'nin gerilimi belli bir seviyeye (0,60,7 V) geldiğinde transistör iletime geçerek, rölenin 35 T 50500 kω V CC 101000 µf/16 V Şekil 3.11: Tek transistörlü turnon tipi zaman rölesi AC ya da DC V çıkış
bobinin mıknatıslanmasına yol açar. Röle bobinin mıknatıslanmasıyla palet çekilir ve kontaklar konum değiştirerek lâmbayı çalıştırır. B'ye basıldığında C boşalacağından lâmba söner. Devrenin besleme gerilimi devam edecek olursa B'den elimizi çektikten bir süre sonra lâmba tekrar yanar. Şekil 3.11 deki 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 kolektöremiter 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. Not: Şekil 3.11'de görülen devrede röle yerine led ya da 12 voltluk flâmanlı lâmba da bağlanabilir. Şayet alıcı olarak led kullanılacaksa, lede seri olarak 470 Ω1 kω luk seri direnç bağlanmalıdır. b. Tek transistörlü, alıcıyı bir süre çalıştırıp durduran (turnoff tipi) zamanlayıcı devresi Şekil 3.12'de verilen devrede B'ye basılınca C dolar. Butondan elimizi çektiğimizde C'nin üzerinde biriken elektrik yükünün akımı R direncinden geçerek transistörü tetikler. İletime geçen transistör röleyi çalıştırır. Bir süre sonra kondansatör plakalarındaki elektrik yükü biteceğinden transistör kesime gider, röle ilk konumuna döner ve lâmba söner. 50500 kω B 5,647kΩ R 1N4001 101000 µf/16 V Şekil 3.12: Tek transistörlü turnoff tipi zaman rölesi AC ya da DC 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. c. İki transistörlü kaskad bağlantılı turnoff tipi zaman rölesi Şekil 3.13'te verilen devrede B'ye basılınca C dolar ve 'i tetikler. 'in iletime geçmesiyle R 3 direnci üzerinde bir gerilim oluşur. R 3 'te oluşan gerilim T 2 transistörünü sürerek ledi çalıştırır. C boşalınca ve T 2 kesime gider, led söner. 36 50500 kω 101000 µf/16 V B 10 kω R 1 1022 kω 1022 kω R 2 BC237 T 2 BC237 R 3 1 kω Şekil 3.13: İki transistörlü kaskad bağlantılı turnoff tipi zaman rölesi R 4
100k500 k 1 k10 k 47 k500 k 101000 µf T 2 Şekil 3.14: Transistörlerin darlington bağlanması Şekil 3.15: Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli turnon tipi zaman rölesi devresi ç. Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli turnon tipi zaman rölesi devresi Şekil 3.14'te görüldüğü gibi transistörlerin ard arda bağlanmasıyla daha güçlü, hassas ve yüksek kazançlı transistörler yapılabilir. Şekil 3.15'te verilen turnon 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 transistörü iletime B geçer. iletime geçince T 2 de iletime geçer ve röle çalışır. B'ye basılırsa C boşalacağından P R 2 devre başa döner. (Yani alıcı bir süre 1 MΩ BC237 çalışmaz. Belli bir zaman geçtikten T sonra tekrar çalışmaya başlar.) BC237 2 d. Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli turnoff tipi zaman rölesi devresii Şekil 3.16'da verilen devrede B'ye basıldığında kondansatör (C) boşalır ve yeniden dolmaya başlar. Bu sırada P ve R 1 üzerinde oluşan polarma gerilimi transistörünü sürer. İletime geçen 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. R 1 50500 kω 101000 µf/16 V 1N4001 Şekil 3.16: Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli turnoff tipi zaman rölesi devresi T 2 e. Darlington bğlantılı uzun zaman gecikmeli turnoff tipi zaman rölesi devresiii Şekil 3.17'de verilen devrede B'ye basıldığında kondansatör (C) dolar. Şekil 3.17: Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli turnoff tipi zaman rölesi devresi 37
Butondan elimizi çektiğimizde C'nin üzerinde biriken elektrik yükünün akımı R direncinden geçerek ve T 2 transistörünü tetikler. İletime geçen T 2 transistörü röleyi çalıştırır. Bir süre sonra kondansatör plâkalarındaki elektrik yükü biteceğinden transistörler kesime gider, röle ilk konumuna döner ve lâmba söner. Devrede transistörünün beyzine 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 zamanlayıcılar Ön bilgi: Transistörlerin schmitt tetiklemeli bağlanması Rölelere uygulanan gerilim hemen sıfır ya da maksimum değere ulaşmazsa, rölenin bobininin oluşturduğu mıknatısiyet 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 turnoff tipi zaman rölesi devresi Şekil 3.18'de verilen devreye enerji uygulandığında C henüz boş olduğundan kesimdedir. Dolayısıyla '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 i iletime sokar. İletime giren in kolektöründeki (A noktası) gerilim azalırken emiterine bağlı olan R 3 direncinde (B noktası) düşen gerilim yükselir. Bu da T 2 transistörünün (iki elektriksel etki nedeniyle) hızlıca kesime gitmesine sebep olur. Şöyle ki; I. 'in kolektöründeki gerilim düşerek T 2 'yi kesime götürür. II. ve T 2 nin emiterlerinin bağlı olduğu R 5 direncinde oluşan gerilim, T 2 'nin beyz akımını azaltıcı etki yapar. (Negatif geri besleme) Devrede bulunan B butonuna basılacak olursa C boşalacağından, hemen kesime gider. Bu da 'in kolektör (A noktası) geriliminin yükselmesine neden olarak T 2 'yi B 1033kΩ R 1 C P 101000 µf Şekil 3.18: Schmitt tetiklemeli turnoff tipi zaman rölesi devresi iletime sokar. Sonuç olarak schmitt tetikleme yöntemi rölenin çok hızlı olarak iletim ya da kesime gitmesini sağlar. 270 Ω A3347 Ω B 33 Ω R 2 R 3 R 5 1,8 kω 390 Ω 1N4001 R 4 R 6 T 2 Arka arkaya (periyodik) çalışan zaman gecikmeli devreler Endüstriyel üretim süreçlerinde bazı makinelerin periyodik olarak çalışması istenir. İşte bu gibi durumlar için mekanik ya da elektronik yapılı sistemler geliştirilmiştir. Bu bölümde transistörlerle yapılabilen basit yapılı periyodik çalışan devreler açıklanacaktır. 38
Periyodik olarak çalışan devre örnekleri a. Alıcıyı aralıklı (periyodik) olarak çalıştıran devre Şekil 3.19'da verilen devre astable multivibratör (flip flop) temellidir. Devrenin çalışmasını basit olarak açıklayacak olursak: İlk anda 'in iletimde olduğunu varsalım. Bu durumda C 1 şarj olmaya başlar. C 1 110 kω R 1 R 2 R3 1033kΩ dolunca T 2 'yi sürer. T 2 iletimdeyken bu kez de C 2 dolmaya başlar. C 2 dolduğunda 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. b. PNP ve NPN transistörlü flaşör Şekil 3.20'de verilen devre DC 12 volt uygulanınca kondansatör, P 1, R 1, P 2 yolu üzerinden dolmaya başlar. C dolunca PNP tipi transistörünü sürer. PNP iletime geçince NPN tetiklenir ve lâmba yanar. T 2 iletime geçtiği anda devredeki kondansatörün (+) yük ile dolu sağ plâkası eksiye (şaseye) bağlanmış olacağından, bu eleman boşalmaya başlar. Kısa bir süre içinde boşalan C, transistörünün kesime gitmesine neden olur. kesime girince T 2 'de kesime girer. T 2 'nin kesime girmesiyle kondansatör yeniden şarj olmaya başlar. Şekil 3.20: PNP ve NPN transistörlü flaşör devresi C. Merdiven ışık otomatiği devreleri Çok katlı yapılarda merdiven boşluklarını istenilen süre kadar aydınlatmak için geliştirilmiş düzeneklere merdiven ışık otomatiği denilmektedir. Merdiven otomatiklerinin yapı bakımından sınıflandırılması: a. Mekanik yapılı: Bunların içinde motor ve yay düzeneği vardır. Butona basılınca kontak kapanır, lâmbalar yanar. Ayarlanan süre sonunda ise söner. Mekanik yapılı otomatikler piyasadan kalkmıştır. b. Elektronik yapılı: Bu tip otomatiklerin içinde çeşitli biçimlerde dizayn edilmiş elektronik devreler mevcuttur. 1033kΩ + C 1 C 2 101000 µf 101000 µf T 2 R 1 Şekil 3.19: Alıcıyı aralıklı olarak çalıştıran devre + P 2 50500 kω BC308 C 1100 µf 50500 kω P 1 T 2 39
Elektronik yapılı merdiven ışık otomatiği devrelerine ilişkin uygulanmış devre örnekleri a. PNP transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi Şekil 3.21'de verilen devre tesisata bağlandıktan sonra butona basılırsa C 2 dolar. C 2 'nin gerilimi PNP transistörü sürer, röle çeker ve lâmbalar yanar. C 2 boşalınca lâmbalar söner. 100 kω luk pot ile lâmbaların yanma zamanı ayarlanabilir. Elektronik merdiven ışık otomati ği b. NPN ve PNP transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi Şekil 3.22'de verilen devrede butona basıldığında A noktasındaki doğru akım C 2 'yi şarj eder. Dolan C 2, 'i sürer. 'in iletime geçmesi PNP tipi T 2 transistörünün beyz ucunun eksi alarak iletime geçmesine neden olur. T 2 iletime geçtiğinde ise röle lâmbayı/ lâmbaları çalıştırır. C 2 boşaldığında lâmbalar söner. Şekil 3.21: PNP transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi C 2 470 µf R 2 27 k270 k 1,5 k T 2 R 4 100 k 2,7 k R 1 R3 2,7 k A C 1 1000 µf16 V klemensler BC308 Transformatörsüz merdiven ışık otomatiği devreleri Trafolar devrede çok yer kapladığından ve maliyeti arttırdığından trafosuz tip merdiven ışık otomatikleri geliştirilmiştir. buton 220 V lâmba Şekil 3.22: NPN ve PNP transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi Trafosuz tip otomatiklerde gerilimin düşürülmesi için AC 220 voltluk girişe 220470 nf/350 voltluk kondansatörler seri olarak bağlanmaktadır. Bu sayede gerilimin büyük bir bölümü kapasitif reaktansı (X C ) yüksek olan kondansatör üzerinde düşmekte, 1248 voltluk kısmı ise zaman rölesi devresine gitmektedir. a. Transistör ve triyaklı merdiven ışık otomatiği Şekil 3.23'te 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 kesimdedir. '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 lâmbaları çalıştırır. C dolduğu anda, T 2, T 3 iletime geçer. T 3 iletken olduğunda T 4 kesime gider ve lâmbalar söner. 40
R 1 C 1 100 k 1 M 1000 µf 16 V 10 k 10 k 100 k R Mp 10 k BC308 10 k 1 k 470 nf lâmba 2,210 k BD135 buton BT136 Şekil 3.23: Transistör ve triyaklı merdiven ışık otomatiği devresi B 1 k sigorta 1N4007 6,8 k/1 W 12 V 47 µf/16 V b. Transistörlü (trafosuz) merdiven ışık otomatiği devresi Şekil 3.24'te verilen devrede 1,33 µf lık kondansatör direnç görevi yaparak gerilimi düşürür. Butona basıldığında devre nötr alarak çalışmaya başlar. C 2 dolunca iletime, T 2 kesime gider ve lâmba söner. lâmba 1N4007 faz nötr buton 1N4007 BC308 BC308 12 V röle 1N4001 Şekil 3.24: transistörlü (trafosuz) merdiven ışık otomatiği devresi Ç. Entegreli zamanlayıcılar a. 555 entegreli turnoff tipi zaman rölesi devresi Şekil 3.25'te verilen devre alıcının 1 s15 dakika arası zaman ayarlı 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 3.26'da verilen devrede kullanılan kondansatör ve dirençlerin değerine göre entegrenin çıkışının konum değiştirme zamanı ayarlanabilir. 41
Şekil 3.25: 555 entegreli turnoff tipi zaman rölesi devresi Şekil 3.26: 555 entegreli periyodik olarak çalışan röle devresi c. Opamp ile yapılan zamanlayıcılar Opamplarda 2 giriş ucu bulunmaktadır. (+) giriş ile () giriş, uygulanan sinyalleri kıyaslar ve buna göre çıkış verir. Eğer, (+) girişin gerilimi () girişin geriliminden biraz büyük olursa opamp çıkış vererek röleyi sürer. (Konuyla ilgili geniş bilgi için opamplar bölümüne bakınız.) I. 741 Opampıyla yapılan turnoff tipi zaman rölesi devresi Şekil 3.27'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 opamp çıkış verir ve röle çeker. C'nin üzerindeki gerilim pot üzerinden yavaş yavaş boşalmaya başlar. Bu değer 2 numaralı girişin geriliminden aşağı değere düştüğü anda opamp kesime gider. Not: Opampın 2 numaralı eksi () 10500 100500 k k C 100 µf 100 µf 100 k Şekil 3.27: Opamplı turnoff tipi zaman rölesi devresi girişinin gerilimi iki adet gerilim bölücü direnç ile besleme geriliminin yarısına düşürülmüştür). +3 2 100 k 1N4001 D. ojik kapı entegreli zamanlayıcı devreleri ojik (mantık) kapı entegreleri kullanılarak da çeşitli zamanlayıcılar yapılabilmektedir. Bu devrelerin tam olarak anlaşılabilmesi için dijital elektronik konularını bilmek gerekir. a. NAND (VEDEĞİ) kapılarıyla yapılan flip flop devresi Ön bilgi: NAND 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. NAND (VEDEĞİ) kapılarıyla yapılan flip flop devrenin çalışma ilkesi: N 1 kapısının çıkışının 0 V olduğunu kabul edelim. Bu durumda led 1 yanar. N 1 kapısının çıkışının 0 V 42 10 k 1,5 k +
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 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 R 2 3,3 k led C R 1 1 1 270 Ω led 1 100 µf 100 µf N N 1 C 2 2 R 3 3,3 k 5 V Devrede 74S00 lojik kapı entegresi kullanılmıştır. Şekil 3.28: NAND kapılı flip flop devresi 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 volt yapar. N 2 'nin çıkışının 0 V olmasıyla led 2 çalışır. Devre bu şekilde çalışmasını sürdürür. Devrede led yerine düşük akımlı 5 voltluk mini röleler kullanılırsa periyodik çalışan bir sistem oluşturulabilir. (Bu durumda ledlere seri bağlı 270 Ω luk direnç iptal edilmelidir.) E. Transistörlü elektronik ateşleme devreleri a. 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 + 12 V 60 Ah Şekil 3.29: Akümülâtör sekonder devre (ince sargılar) primer devre kablosu akü kontak anahtarı kam kondansatör indüksiyon bobini şase plâtin takımı 43 kam primer devre (kalın sargılar) bujiler kontaklar Şekil 3.30: Platin kondansatör (meksefe) kam yüksek gerilim kablosu distribütör (dağıtıcı) buji kabloları kıvılcım Şekil 3.31: Benzinli motorlarda kullanılan klâsik ateşleme sisteminin yapısı
sistemleriyle dairesel harekete dönüştürülür. Ateşleme işlemini yapan bujilerdeki kıvılcım yüksek voltajlı elektrik akımıyla oluşturulur. Motorlu taşıtlarda bulunan 6 ilâ 48 volt arası DC gerilim üreten akümülâtörlerden alınan doğru akım, sürekli açılıp kapanan bir anahtar olan plâtin aracılığıyla indüksiyon bobinine uygulanır. İndüksiyon bobini tıpkı gerilimi yükselten bir transformatör gibi olduğundan, primerine gelen akımı sekonderden 5000 20.000 V olarak verir. Benzinli motorlu taşıtların ateşleme sisteminde bulunan plâtin adlı anahtarlama düzeneği ilk ayarlandığında çok düzgün çalışır. Ancak zamanla plâtinin birbirine değen kontakları oksitlenerek geçen akımın azalmasına neden olur. Plâtinin 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 çekme gücünü azaltır ve eksozdan yanmamış karbonmonoksit ve kurşun çıkışını arttırır. Yani ateşleme sisteminin verimi düşünce motorun gücü azalır. Yakıt tüketimi artar. İşte plâtin eskimesi nedeniyle ortaya çıkan sorunları gidermek için elektronik ateşleme devreleri geliştirilmiştir. b. İndüksiyon (ateşleme) bobininin yapısı 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 plâtin kontaklarının açılmasını, düz kısımları ise kapanmasını sağlar. (Şekil 3.30 ve 3.31'e bakınız). Kamın kontakları açıp kapatması indüksiyon bobininin sekonderinde yüksek değerli (5000 20.000 V) gerilimlerin oluşmasını sağlar. Ateşleme bobininin oluşturduğu yüksek gerilimli akım, distribitör (dağıtıcı) adı verilen mekanik yapılı eleman tarafından sırayla silindirlerdeki bujilere dağıtılır. Şekil 3.31'e bakınız. İndüksiyon bobininin çalışma ilkesi Akümülâtörden 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 plâtin adı verilen düzenek kullanılır. En basit açıklamasıyla plâtin, 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. c. 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 meydana gelme anının çok iyi belirlenmesi gerekir. Silindir içindeki piston tam üst ölü noktadayken 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. 44 primer sekonder Şekil 3.32: Aküden gelen düşük değerli gerilim yükselten indüksiyon bobini
transistör distribütör transistör distribütör buji buji indüksiyon bobini + akü R B platin kıvılcım indüksiyon bobini + akü R B mıknatıs kıvılcım mini bobin Şekil 3.33: Transistörlü elektronik ateşleme sisteminin yapısının basit olarak gösterilmesi Şekil 3.34: Transistör ve mini bobin sensörlü elektronik ateşleme sisteminin yapısının basit olarak gösterilmesi Klâsik yakıt ateşleme sistemlerinde akü+plâtin+indüksiyon bobini+distribütör+bujilerden oluşan düzenek vardır. Klâsik tip ateşleme devrelerinde aküden gelen yüksek değerli akım plâtin kontaklarından geçtiğinden, bu elemandaki eskime çok çabuk olmaktadır. İşte bu sakıncayı ortadan kaldırabilmek için elektronik ateşleme devreleri geliştirilmiştir. Şekil 3.33'te verilen devrede plâtin kontaklarından çok küçük bir akım geçer. Çünkü, transistörün beyzi küçük bir akım ile tetiklenebilir. Bu sayede plâtin kontakları az aşınır. Şekil 3.34'te verilen devre ise daha iyi bir yöntemi göstermektedir. Bu usülde plâtin sistemi tamamen değiştirilmiştir. Motor döndükçe mıknatıs da dönmektedir. 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. Benzinli motorlarda elektronik ateşleme sistemlerine ilişkin devre örnekleri a. Plâtinli elektronik ateşleme sistemleri Şekil 3.35'te verilen devrede plâtinin açılıp kapanması transistörlü elektronik devreyi çalıştırır. Şöyle ki; plâtin kontağı kapandığında PNP transistörünün beyz ucuna eksi () sinyal primer sekonder R gideceğinden bu eleman 1 R 4 2x150 V iletime geçer. iletime distribütöre geçtiğinde R 3 üzerinde ener diyot oluşan gerilim ise NPN R 5 transistörü sürer. T 2 T transistörün iletime 1 geçmesiyle indüksiyon T R 2 bobininin primer 2 sargısından bir akım R 3 geçişi olur. Plâtin plâtin 220 nf/600 V Şekil 3.35: Transistörlü elektronik ateşleme devresi 45
kontağı açıldığında PNP ve NPN 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 plâtinden çok küçük bir beyz akımı geçişi olduğundan bu eleman çok uzun süre bozulmadan çalışabilir. b. Plâtinsiz elektronik ateşleme sistemleri Şekil 3.35'te verilen elektronik ateşleme sistemindeki plâtinden az akım geçmesine rağmen bu eleman yine de zaman içinde özelliğini kaybeder. İşte bu nedenle plâtinsiz elektronik ateşleme sistemleri geliştirilmiştir. bobin mıknatıs bobin enfraruj led disk fototransistör Fotodiyod Şekil 3.36: Değişken manyetik alanın bobinde gerilim oluşturması Şekil 3.37: Dönen diskteki mıknatısların bobinde gerilim oluşturması Şekil 3.38: Optik ateşleme sisteminin prensibi c. Bobinli elektronik ateşleme sistemi Bilindiği gibi, bir bobin 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. Şekil 3.36'ya bakınız. İşte bu prensipten yola çıkılarak şekil 3.37'de verilen bobinli elektronik ateşleme sistemleri geliştirilmiştir. Bu sistemde, motorun ateşleme düzeneğinde bulunan dairesel hareketli diske mıknatıslar yerleştirilmekte, mıknatısların yakınına ise bir bobin (pickup, manyetik sensör) konmaktadır. Dairesel olarak dönen mıknatısların manyetik alanı sonucu bobinde oluşan gerilim transistörlü elektronik devreleri tetikleyerek indüksiyon bobinine kumanda edilmesini sağlamaktadır. ç. Optoelektronik ateşleme sistemi Şekil 3.38'de verilen prensip şemada görüldüğü gibi bu yöntemde 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 tetiklenmesine yol açmakta ve bu sayede indüksiyon bobinine kumanda edilebilmektedir. Sorular 1. Bir süre çalışıp duran NPN transistörlü zaman rölesi devresini çizerek çalışmasını anlatınız. 2. PNP transistörlü gecikmeyle çalışan devreyi çiziniz. 3. İki transistörlü turnoff tipi (bir süre çalışıp duran) zaman rölesi devresini çiziniz. 4. Benzinli motorlarda kullanılan klâsik ateşleme sistemini şekil çizerek anlatınız. 46