TEMEL ELEKTRONİK DENEYLERİ. M. İbrahim Coşkun

TEMEL ELEKTRONİK DENEYLERİ M. İbrahim Coşkun KİLİS 2012 1

Hazırladığım bu kitabın siz elektronik laboratuarı dersi alan öğrencilere bu zorlu, ancak bir o kadar da zevkli uğraşınızda yol göstereceğini umuyorum. Elektronik laboratuar çalışmalarınızda elde edeceğiniz bilgi ve tecrübe hayatınız boyunca size faydalı olacak, her tarafımızda bizi sarmış olan elektrikli-elektronik cihazları daha iyi anlamanızı sağlayacaktır M. İbrahim Coşkun 3

Ohm kanunu 4

İçindekiler Deneylere Hazırlık Çalışmaları... 7 Temel Bilgiler... 23 1.KISIM: (AC) R-L-C Deneyleri... 27 DENEY 1: AC devrelere giriş... 29 DENEY 2:AC kondansatör devreleri... 33 DENEY 3: AC indüktör devreleri... 45 DENEY 4: RC ve RL devrelerde kare ve sinüsodial sinyalin çıkışını, faz farkının ve gerilim üçgeninin incelenmesi... 53 DENEY 5: Yüksek pas ve alçak pas filtreler... 63 2.KISIM: YARIİLETKEN DENEYLERİ... 69 DENEY 6: DC Diyot Devreleri... 71 DENEY 7: AC diyot Devreleri... 81 DENEY 8: Transistörlerin incelenmesi... 89 5

DENEY 1: AC SİNYALİN ÜRETİLMESİ ve İNCELENMESİ, AC DİRENÇ DEVRELERİ- Deneye Hazırlık Çalışması Ad/Soyad: 1-Bir dalga için frekans, periyot, dalgaboyu ve genlik nedir açıklayınız(son ikisini şekil çizerek gösteriniz). 2- AC ve DC nedir? Arasında ne gibi farklar vardır? Günlük hayatta kullandığımız AC ve DC güç kaynaklarına birer örnek veriniz 3-Sinyal üreteci ne işe yarar? 4-Osiloskop nedir? 5- Etkin (RMS) voltaj, Vp-p, V av nedir varsa formülleriyle birlikte açıklayınız 7

DENEY 2: AC Kondansatör Devreleri - Deneye Hazırlık Çalışması Ad/Soyad: 1-Xc nedir açıklayınız ve formulünü belirtiniz? 2-Bir devredeki Xc yi artırmak için neler yapılabilir? (İpucu: 2 yolu var) 3-Sadece kondansatör olduğu bir devrede alternatif sinyalin frekansının arttırılmasının devreye etkisi nasıl olur? 4-Paralel bağlı kondansatörlerin eşdeğer kapasitesi hangi formülle hesaplanır? 5-Seri bağlı kondansatörlerin eşdeğer kapasitesi hangi formülle hesaplanır? 6-Sadece 100nF lık bir kondansatörün bağlı olduğu devreye frekansı 2Khz ve rms voltajı 3V olan AC sinyal uygulanırsa devrenin Xc sini ve akımını hesaplayınız. 7-Aşağıdaki devrede sadece C 3 ve C 4 kondansatörleri seri olarak bağlanmak isteniyor. Devrenin akımını ölçecek multimetreyle birlikte gerekli bağlantıları aşağıdaki şekil üzerinde gösteriniz 9

DENEY 3: AC İndüktör Devreleri - Deneye Hazırlık Çalışması Ad/Soyad: 1-X L nedir açıklayınız ve formulünü belirtiniz? 2-Bir devredeki X L yi artırmak için neler yapılabilir? (İpucu: en az 2 yolu var) 3-Sadece indüktörün olduğu bir devrede alternatif sinyalin frekansının arttırılmasının devreye etkisi nasıl olur? 4-Sadece 20 mh lik bir indüktörün bağlı olduğu devreye frekansı 1Khz ve rms voltajı 5V olan AC sinyal uygulanırsa devrenin X L sini ve akımını hesaplayınız. 11

DENEY 4: RC ve RL DEVRELERİNDE KARE ve SİNÜSODİAL SİNYALİN ÇIKIŞINI, FAZ FARKININ ve GERİLİM ÜÇGENİNİN İNCELENMESİ- Deneye Hazırlık Çalışması Ad/Soyad: 1- Bir A dalgası, B dalgasının 90 0 gerisindedir. A ve B dalgalarını, aralarındaki faz farkını gösterecek şekilde basitçe çiziniz. 2- RL devresinde voltaj üçgenini çiziniz. Bu devrenin toplam voltajını veren formülü yazınız 3- RC devresinde voltaj üçgenini çiziniz. Bu devrenin toplam voltajını veren formülü yazınız 4- Aşağıdaki şekil üzerinde sadece R2 ve C4 ün kullanıldığı bir RC devresi için gerekli bağlantıları yapınız 13

DENEY 5: YÜKSEK ve ALÇAK PAS FİLTRELER - Deneye Hazırlık Çalışması Ad/Soyad: 1- Yüksek pas filtre devresi nedir açıklayınız 2- Alçak pas filtre devresi nedir açıklayınız 3- Kesme frekansı nedir açıklayınız. 4- Giriş voltajı 10 V olan bir sistemde çıkış voltajı kaç V olduğunda frekans, kesme frekansıdır? 5- Kondansatörün sığası 220 nf, indüktörün indüktansı 100mH olan bir RLC devresi için rezonans frekansını formülünü yazıp, rezonans frekansını hesaplayınız. 15

DENEY 6: DC Diyot devreleri - Deneye Hazırlık Çalışması Ad/Soyad: 1- Bir Si diyota doğru bağlantı yapıldığında kaç volttan itibaren akım geçmesi beklenir? 2- Delinme voltajı nedir açıklayınız 3- Normal bir diyot için basitçe akım-voltaj grafiğini(karakteristiğini) çiziniz 4- Zener diyotunun normal diyottan farkı nedir? 17

DENEY 7: AC Diyot devreleri - Deneye Hazırlık Çalışması Ad/Soyad: 1- Şekildeki diyot devresinde giren alternatif sinyalin devreden çıkış şeklini çiziniz 2- Kondansatörlü doğrultucudan çıkan sinyalin şekli nasıl olmaktadır gösteriniz 3- Şekildeki devrenin adı nedir? 4- Bu devreden çıkan sinyalin şeklini çiziniz 19

DENEY 8: Transistör devreleri- Deneye Hazırlık Çalışması Ad/Soyad: 1- Transistör için β nedir formülünü yazıp kısaca açıklayınız. 2-10 µa =.. ma 20 ma =.. A 0.5 A =.ma 2 ma =.µa 3- β= 250 olan bir transistorde baz akımı (i b ) 10 µa ise kolektör akımı(i c ) kaç ma olur hesaplayınız? 4- Transistörde kolektör voltajı arttırılırsa kolektör akımının nasıl değişmesi beklenir? 5- Basit bir V C - I C grafiği çiziniz 21

TEMEL BİLGİLER ALTERNATIF SİNYAL KARAKTERİSTİKLERİ ÖLÇÜM CİHAZLARI Osiloskop Sinyal dalga şeklini gözle görülür hale getiren osiloskoplar elektronik laboratuarlarındaki geniş kullanım alanı sayesinde, en yaygın kullanılan ölçü cihazlardandır. Osiloskopun diğer ölçü aletlerine göre sağladığı avantaj, giriş sinyalinin zamana göre dalga şeklindeki değişimi yanı sıra voltaj seviyelerindeki değişimi de gözle görülür hale getirmesidir. Bir multimetre yalnızca etkin veya ortalama akım şiddeti ve voltaj değerlerini gösterir. Çalışma prensipleri multimetrenin bir noktadan diğerine sinyali takip etmesine imkan vermez. Buna karşılık osiloskop çok kısa süreli bile olsa giriş yapan sinyali her noktada takip etme olanağı sağlar. Buradan multimetrelerin osiloskop karşısında önemsiz bir ölçü aleti olduğu anlamını çıkarmamalıyız. Çünkü, her iki cihaz da faydalı ve birbirini tamamlayan cihazlardır. Multimetreler doğru akım şiddeti ve voltajını ölçerken, dalga şekli bilinen alternatif akım ve voltaj ölçümünde bir de devredeki dirençleri ölçmekte kullanılır. Bu kullanım şeklinde multimetreler osiloskopa göre daha faydalı olduğu gibi kullanımı da daha kolaydır. Şekil: Deneyler boyunca kullanılacak osiloskop 1. Diğer ölçme sistemlerine göre osiloskopun temel üstünlükleri nelerdir? Zaman içinde sinyalde meydana gelen değişimleri görüntülü olarak izleyebiliriz. 2. Osiloskop akım şiddeti ölçmekte kullanılabilir mi? Osiloskop esas olarak girişine uygulanan voltajların ölçülmesi için kullanılır. 3. Osiloskopla Doğru Akım ölçülebilir mi? 23

Birçok osiloskop modelinde bu mümkün olmakla birlikte, multimetre bulunuyorsa doğru akım ölçmek için osiloskop pek tercih edilmez. 4. Hassas ölçüm nasıl sağlanır? Farklı ayar basamaklarını veya ölçüm kademelerini doğru kalibre ederek. Sinyal Jeneratörü Sinyal jeneratörleri pratikte karşılaşılan çeşitli tipte sinyalleri üretmek için kullanılan cihazlardır. Bu sinyalleri kullanarak üzerinde çalışılan bir devrede giriş şartlarını simule etmek suretiyle devrenin göstereceği davranışları analiz edebiliriz. Esas olarak bunların yapısında dalga formları üreten bir salınım devresi mevcuttur. Bu dalga formlarının frekansları bir dış kumandayla ayarlanabilir. Kumanda düğmesi üretilen dalganın frekansını nümerik olarak görmemize olanak verir. Şekil Zamanımızda kullanılan gelişmiş jeneratörler sinüs dalgasına ilaveten bir takım ilginç deneyler için gerekli üçgen ve kare sinyaller de üretebilir. Bu tip cihazlar genelde Fonksiyon Jeneratörü (Function Generator) olarak adlandırılır. 24

Sinyal jeneratörlerinin bir çoğunun sunduğu diğer olanak dışarıdan sağlanan veya cihaz içinde üretilen bir sinyalin kullanılması yoluyla önceden belirlenmiş iki uç değer arasında sürekli frekans değişimi üretmektir. Bu şekilde bir cihazın frekans değişimine gösterdiği reaksiyon (cevap) osiloskop yardımıyla hemen analiz edilebilir. Burada çıkış sinyali ekranda izlenebilir. Osiloskopta olduğu gibi bazı kavramların daha anlaşılır olması için aşağıdaki bazı soruları cevaplayacağız. 1. Sinyal jeneratörleri ne için kullanılır? Pratikte cihazları harekete geçiren olası şartların simule edilmesi yoluyla cihazların(devrelerin) detaylı davranış analizlerini yapmak amacıyla kullanılırlar. 2. Sinyal jeneratöründe bulunması şart olan kumandalar nelerdir? Çıkış sinyali frekansı ve genlik seviyesi kumandalarıdır. Çünkü bunlar sayesinde sinyal tatbik edilen cihazın önceden kararlaştırılabilen harekete geçme şartlarını bilebiliriz. 3. Bir fonksiyon jeneratörü ile ne tip sinyaller üretilebilir? Genel olarak üç çeşittir: Sinüzoidal, üçgen ve kare sinyaller Alternatif sinyalin temel kavramları Periyot : Bir dalganın geçiş süresidir. Frekans: Bir saniyede tekrarlanan(oluşan) dalga sayısıdır. Periyodun tersidir. Alternatif akımın maksimum değeri: Bir dalga içinde akım şiddetinin veya voltajın eriştiği en büyük değerdir. Etkin (rms) akım şiddeti veya voltajın 2 ile çarpımıdır. Anlık akım veya voltaj: Akım şiddetinin veya voltajın her hangi bir anda aldığı değerdir. Bunlar küçük harflerle, i ve e ile gösterilir. E = V o sin ( w ω t + φ ), burada φ faz açısıdır. I = I max sin ω t = I o sin ω t, burada ω t = 2π f (birimi rad/sn) ve t = zaman (birimi saniye) Etkin (RMS) akım şiddeti: Aynı dirençten aynı sürede geçen doğru akımın meydana getirdiği ısıya eşit ısı açığa çıkartan alternatif akım şiddetidir. Etkin (RMS) voltaj: Bir direncin iki ucuna uygulanan doğru akım voltajı ile aynı iki uca aynı süre uygulandığında aynı ısı etkisini meydana getiren alternatif akım voltajıdır. Değişken voltaja karşılık gelen alternatif voltajda denebilir. AC moda multimetreler etkin değeri ölçer. Bizim için bir sinüzoidal dalgada V rms = 0,707* V p olduğunu bilmek yeterlidir. Alternatif voltajın ortalama değeri : Bir dalga esnasında voltajın aldığı tüm anlık değerlerin ortalamasıdır. Alternatif akımın ortalama değeri : Bir sinüs esnasında akım şiddetinin aldığı anlık değerlerin ortalamasıdır. 25

Alternatif Voltaj sinüzoidal dalga hareketine ait parametrelerin bir özetini görelim Voltajın sinüs dalgası şeklindeki ifadesi aşağıdaki gibidir: V = V p sin ω t ile Bu ifadedeki parametreler şunlardır: t= zaman, V= anlık voltaj (t zamanındaki voltaj) ve V p = t anındaki uç voltaj. V nin V p ile +V p arasındaki mutlak büyüklüğüne uçtan uca voltaj V p-p denir. Bakınız şekil V p-p = V maks. - V min. veya V p-p = V p ( V p ) = 2 V p. 26

1.KISIM ALTERNATİF AKIMDA (AC) Direnç (R) İndüktör (L) Kondansatör (C) Devreleri (1-5 DENEYLER) 27

(1 5) Deneylerde şekildeki ünite kullanılacaktır. Şekil : RLC ünitesi 28

DENEY 1 AC SİNYALİN ÜRETİLMESİ ve İNCELENMESİ, AC DİRENÇ DEVRELERİ KULLANILACAK MALZEMELER Sinyal üreteci, Osiloskop, RLC ünitesinin 1.devresi AMAÇ Bu deneyde sinyal üreteci ile oluşturacağımız farklı alternatif sinyalleri osiloskop ve multimetre ile gözleyip değerini ölçeceğiz. Deney boyunca: Sinüsodial, üçgen ve kare dalgalar şeklinde sinyal üretip osiloskopda gözlemek Üretilen bir sinüsodial sinyalin, osiloskop yardımı ile V max, V pp, V rms değerlerini ölçmek, multimetre ile V rms (Klasik multimetreler V max ve V pp değerlerini ölçemez) değerini ölçmek Sinüsodial sinyalin frekansının değiştirilmesinin dalgada meydana getirdiği değişikleri gözlemek Sinüsodial sinyalin genliğinin değiştirilmesinin dalgada meydana getirdiği değişiklikleri gözlemek TEORİK BİLGİ Bu deneyle ilgili teorik bilgi temel bilgiler kısmındadır. DENEYİN YAPILIŞI Sinyal üreteci ve osiloskop şekilde görüldüğü gibi birbirine bağlanır. Osiloskobun sivri ucu kırmızı kabloya baglanmalıdır. NOT: Osiloskop probundaki kademenin her zaman 1 konumunda bulunmasına dikkat edin 29

1.KISIM: Sinüsodial, üçgen ve kare dalgalar şeklinde sinyal üretip osiloskopda gözlemek: 1-Sinyal üretecinin dalga şekli tuşlarını kullanarak farklı şekillerde dalgalar elde ediniz. Bu dalgaları osiloskopda gözlediniz mi? 2- Sinüsodial sinyalde, sinyal üretecinin kademelerini değiştirmeden osiloskop üzerinde ayar tuşlarını kullanarak dalgayı incelemeye devam edin. Bunu yaparak osiloskop cihazını tanıyınız. Osiloskop kademelerinin değiştirilmesi orijinal sinyali etkilermi? 3- Sinüsodial sinyalde osiloskopun kanal1 kablosunu söküp(bu kablo çevirerek çıkartılmalıdır), kanal2 kısmına takınız. Ekrandaki görüntüde ne değişiklik oldu? 2.KISIM: Üretilen bir sinüsodial sinyalin, osiloskop yardımı ile V max, V pp, V rms değerlerini ölçmek, multimetre ile V rms (Klasik multimetreler V max ve V pp değerlerini ölçemez) değerini ölçmek 1-Sinüsodial bir dalga elde ediniz. Osiloskobun: measure-show all tuşlarını kullanarak V max, V pp, V rms değerlerinin ekrana gelmesini sağlayıp bu değerleri ölçünüz. 2- Sinyal jeneratörünün ayarlarını değiştirmeden uçları arasına AC voltaj ölçüm kademesine ayarlanmış bir multimetre bağlayın. Bunu yaparken osiloskop bağlantınızı kesmeye gerek yoktur. Multimetrede ölçülen hangi voltaj değeridir? Bu değer osiloskopda gösterilen V rms voltajı ile hemen hemen aynı değere mi sahiptir? 30

V rms değeri nedir genel bilgiler kısmından faydalanarak yazın 3- Multimetre ve osiloskop bağlantısını sökmeden sinyal jeneratörünün amplitude(genlik) kademesini kullanarak dalgada değişiklik yapınız. Farklı genlik için ölçtüğünüz değerleri tabloya yazın. Tablodaki değerleri yorumlayın. Genliğin artması ne anlama gelmektedir? Ölçüm V max (Osiloskop) V pp (Osiloskop) V rms (Osiloskop) V (Multimetre) 1 2 3 4 5 6 3.KISIM: Sinüsodial sinyalin frekansının değiştirilmesinin dalgada meydana getirdiği değişikleri gözlemek 1- Multimetre ve osiloskop bağlantısını sökmeden sinyal jeneratörünün frekans tuşlarını kullanarak dalgada değişiklik yapınız. Frekansı değiştirmek için kare şeklindeki tuşlar kullanılır. Daha hassas ayarlama için yuvarlak frekans tuşunu kullanın. Sinyal üretecinin ekranında gördüğünüz değer üretilen sinyalin frekansıdır. Bu değerin birimine dikkat edin. Frekansın değiştirilmesi osiloskopda gözlenen dalgada nasıl değişiklikler yaptı açıklayınız. Frekansın değiştirilmesi osiloskopda ve multimetrede ölçülen V max, V pp, V rms gibi değerleri değiştiriyormu? 4.KISIM: AC Direnç Devresi Şekil 31

Şekilde görüldüğü gibi arasına kısa devre elemanları yerleştirin. Devre 1 üzerindeki hata şalterini 1 no.lu pozisyona getirin. Böylece devrede hiç hata bulunmayacaktır. Devre üzerinde kısa devreye neden olabilecek fazla kısa devre elemanı veya prop bulunmasın. Aşağıdaki bağlantıları yapın: Sinyal Jeneratörü : Ana ünitenin GNDSG yazan terminaline bağlayın. Osiloskop : Kanal 1 i 1.1 nolu noktaya bağlayın. Böylece devrenin akımını gösteren ampermetrenin bulunduğu R2 direncinden oluşan basit devresi kurmuş olduk. bir direnç Sinyal üretecinden sinyalin genliğini değiştirin ve measure modundan rms voltajının ve devredeki akımın değişimini inceleyin. Açıklamalarınızı belirtin. Sinyal üretecinden 100 Hz- 1000 Hz aralığında sinyalin frekansını değiştirin ve measure modundan rms voltajının ve devredeki akımın değişimini inceleyin. Herhangi bir değişiklik oluyor mu? Kısa devre elemanını kullanarak R2 direncini R3 veya R4 ile değiştirin. Devrenin akımı değişti mi? YORUM-SONUÇ: 32

DENEY 2: AC KONDANSATÖR DEVRELERİ KULLANILACAK MALZEMELER Sinyal üreteci, Osiloskop, RLC ünitesinin 1.devresi, Ampermetre ve voltmetre AMAÇ Xc nin frekansa göre değişimini incelemek Xc nin kapasiteye göre değişimini incelemek Seri-paralel kondansatör devrelerinde Xc TEORİK BİLGİ Elektronik devlerede bulunan diğer bir çeşit eleman da kondansatörlerdir.bir kondansatör esas olarak aralarında hava, kağıt, plastik, seramik ve mika gibi yalıtkan bir malzeme bulunan (bu malzemelere dielektrik denir) bir birine paralel iki metal plakadan oluşan bir elemandır. Bir kondansatörün kapasitesi, plakalarının alan büyüklüğü, aralarındaki açıklık ve aralarındaki dielektrik maddenin cinsine bağlıdır. Öyleki plakalar ne kadar büyük ve dielektrik ne kadar ince ise kapasite o kadar büyüktür. Bir kondansatörün iki terminalide bir doğru akım uygulanırsa aradaki yalıtkan dielektrik nedeniyle kondansatör üzerinden akım geçmeyecektir. Buna karşılık negatif kutup tarafına bağlanan plakada serbest elektron fazlalığı, pozitif kutba bağlanan diğerinde ise aynı elektrik yükü kadar elektron eksikliği oluşacaktır.bu sırada plakalara dokunan dielektriğin yüzeylerinde ise dielektrik polarizasyonu denilen olay meydana gelecektir. Kondanstörün plakalarına uygulanan voltaj kaldırılırsa üzerlerinde birikmiş olan zıt yükler arasındaki çekim nedeniyle bunlar arasındaki potansiyel fark devam edecektir. Ancak, iletken bir tel ile kondansatörün iki terminali dışarıdan birleştirilirse kısa bir süre için tel üzerinden bir akım geçecek ve plakalar tekrar ilk baştaki yüksüz (nötr) durumuna dönecektir. Bu nedenle kapasite(sığa) bir kondansatörün verilen bir voltaj farkı altında elektrik yükü biriktirebilme (ve saklama) yeteneğidir. Kondansatörlerin kapasitesi farad ( F ) birimi ile ölçülür. Bu birim aslında çok büyük bir birimdir. Pratikte askatları olan mikrofarad (faradın milyonda biri - µf), nanofarad (faradın milyarda biri - nf ) ve pikofarad (faradın bin milyarda biri - pf) kullanılır. 1 µf = 10-6 F, 1 nf = 10-9 F ve 1 pf = 10-12 F Piyasada çok değişik şekil ve model kondansatör mevcuttur. Kullanım yerine en uygun olanı kullanabilmek için bunların ana karakteristiklerini iyi bilmek gerekir. 33

Şekil Kapasiteleri 0,1 µf tan küçük poliester kondansatörler. Şekil Elektrolitik aluminyum kondansatörler. Varyabıl Kondansatörler(Değişken kondansatörler) Kapasitif devreler Yüksüz bir kondansatörü alternatif akım jeneratörüne bağlarsak gerçekte kondansatör içinden herhangi bir elektrik yükü geçmez. Ancak kondansatörün plakaları ile dielektrik madde arasında kutuplaşma oluşur. Plaka ile arasındaki voltaj ne kadar fazla ise dielektriğin plakalara bakan yüzlerinde,dolayısıyla plakalarda o kadar çok yük birikecektir. Dielektrikteki yük ile ona bakan plakadaki yük zıt işaretlidir. Plakalar üzerindeki voltaj alternatif olduğundan kondansatör dolup boşalıyormuş veya bu sırada sanki devrede bir akım dolaşıyormuş gibi görünecektir. Akımın yön değiştirdiği anda ise plakalar üzerindeki polarite değişecektir. 34

Sadece kondansatörün olduğu bir devrede akım: burada, V = Rms voltaj (Volt), i = akım (Amper) ile bulunur. DENEYİN YAPILIŞI Öncelikle sinyal üretecini devremize şekildeki gibi bağlamalıyız. Deneyin tüm kısımlarında bu bağlantı şekli sabit kalacaktır. Kırmızı ve siyah kablonun yerlerine dikkat ediniz. Şekil: Sinyal üretecinin RLC devresine bağlanışı Bu deneyin tüm kısımlarında osiloskobun sadece bir kanalı kullanılacaktır. Eğer takılı ise ikinci kanalın kablosunu sökünüz. 1.KISIM: Kapasitif Reaktans X C ve frekansla değişimi Devre 1 in hata şalterini orada değilse 1 no.lu pozisyona getirin. Devre normal çalışma modunda olmalıdır. Devre üzerinde kısa devreye neden olabilecek kullanılmayan kısa devre elemanı veya prop bulunmaması için gerekli kontrolu yapın. 35

Şekil Sadece C 2 kondansatörünün bağlı olduğu devre Şimdi aşağıdaki bağlantıları yapın: Sinyal Jeneratörü: Jeneratörden ana ünite üzerindeki GNDSG soketine Osiloskop : Kanal 1 den 1.17 No. Sokete (Devreye gelen sinyali izlemek için) DİKKAT: Farklı frekanslar için ölçüm yaparak arak tabloyu doldurun. Frekansı değiştirdikçe akımında aynı şekilde değişmesi beklenir. Tablo Frekans Osiloskop (rms voltajı) Kapasitörün sığası -C (Multimetreyle ölçülen) Akım (Multimetreden ölçülen) Akım(Teorik olarak hesaplanan) 1 KHz 2 KHz 3 KHz 4 KHz 6 KHz 7 KHz 36

Hesaplamalar: Tablodaki değerleri kullanarak aşağıdaki grafiği çiziniz. İ (ma) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 F r e k a n s ( khz) 37

Frekansın değişiminin devreden geçen akıma etkisi nasıl olmuştur açıklayın? Frekansa bağlı olarak akımın değişimi kapasitif reaktans bağıntısıyla uyumlumudur? 2.KISIM: Kapasitenin(Kondansatörün sığasının) değişmesinin devreye etkisi Devre 1 in hata şalterini orada değilse 1 no.lu pozisyona getirin. Devre normal çalışma modunda olmalıdır. Devre üzerinde kısa devreye neden olabilecek kullanılmayan kısa devre elemanı veya prop bulunmaması için gerekli kontrolu yapın. Devrenin güç bağlantısını yapmadan önce multimetreyi kondansatör ölçme modune getirerek C 2, C 3, C 4, C 5, C 6 kondansatörlerinin sığasını ölçerek aşağıdaki tabloya yazın 38

Şekil Sadece C 2 kondansatörünün bağlı olduğu devre Şimdi aşağıdaki bağlantıları yapın: Sinyal Jeneratörü: Jeneratörden ana ünite üzerindeki GNDSG soketine Osiloskop : Kanal 1 den 1.17 No. Sokete (Devreye gelen sinyali izlemek için) Sinyal jeneratörünün çıkışını sabit bir değere (örneğin:2 khz) sinüzoidal dalgaya ayarlayın. Jeneratörün sinyal genlik düğmesinden(amplitude) kanal 1 deki sinyalin rms voltajını belli bir değere ayarlayın. Ölçümler boyunca frekansı ve voltaj değerini sabit tutun. Böylece devredeki kapasitansın değişmesinin devreden geçen akıma etkisini inceleyeceğiz. Bağlantı kablolarını değiştirerek sırasıyla devredeki kondansatörleri değiştirin. 39

Tablo Kapasite rms voltajı (Osiloskoptan ölçülelen) Voltaj Frekans(Sinyal üretecindeki) Kapasitörün sığası(multimetreyle ölçülen) Akım (Multimetre ile ölçülen) Akım (Teorik olarak hesaplanan) C 2 C 3 C 4 C 5 Hesaplamalar: Tablodaki değerleri kullanarak aşağıdaki grafiği çiziniz. İ (ma) 0 100 200 300 400 500 S ı ğ a (nf) 40

Kapasitörün değişiminin devreden geçen akıma etkisi nasıl olmuştur açıklayın? Kapasiteye bağlı olarak akımın değişimi kapasitif reaktans bağıntısıyla uyumlumudur? 3.KISIM: AC devrede paralel ve seri bağlanmış kondansatörler Teorik Bilgi: Paralel bağlantı: Paralel bağlanmış kondansatörlerin karakteristiği seri bağlanmış dirençler gibidir. Paralel bağlanmış C1 ve C2 kondansatörlerinin eşdeğeri için genel ifade şöyle yazılır: C eş = C 1 + C 2 Devre 1 in hata şalterini orada değilse 1 no.lu pozisyona getirin. Devre normal çalışma modunda olmalıdır. Devre üzerinde kısa devreye neden olabilecek kullanılmayan kısa devre elemanı veya prop bulunmaması için gerekli kontrolu yapın. 41

Şekil C 2 ve C 3 kondansatörünün paralel bağlandığı devre Sinyal jeneratörünün çıkışını 2 khz sinüzoidal dalgaya ayarlayın. Jeneratörün sinyal çıkış genlik kumanda düğmesinden rms voltajını belli bir değere ayarlayıp tabloya yazın. Hesaplamaları ve ölçümleri gerçekleştirip tabloya yazın. Seri bağlantı: Seri bağlanmış kondansatörlerin karakteristiği paralel bağlanmış dirençler gibidir. Seri bağlanmış C1 ve C2 kondansatörlerinin eşdeğeri için genel ifade şöyle yazılır: Devre 1 in hata şalterini orada değilse 1 no.lu pozisyona getirin. Devre normal çalışma modunda olmalıdır. Devre üzerinde kısa devreye neden olabilecek kullanılmayan kısa devre elemanı veya prop bulunmaması için gerekli kontrolu yapın. 42

Şekil C 2 ve C 6 kondansatörlerinin seri bağlandığı devre Sinyal jeneratörünün çıkışını sabit bir değere (2 khz) sinüzoidal dalgaya ayarlayın. Jeneratörün sinyal çıkış genlik kumanda düğmesinden rms voltajını belli bir değere ayarlayıp tabloya yazın. Hesaplamaları ve ölçümleri gerçekleştirip tabloya yazın. Devre (Örnek: 50 nf + 47 nf Seri) Osiloskop(r ms voltajı) Frekans(Sinyal üretecindeki) Eşdeğer kapasite (Hesaplanan) Akım (Multimetre ile ölçülen) Akım (Teorik olarak hesaplanan) 43

Hesaplamalar: Seri ve paralel bağlı devrelerde devredeki akımın eşdeğer sığaya göre uyumlu bir şekilde değişip değişmediğini açıklayın YORUM-SONUÇ: 44

DENEY 3: AC indüktör devreleri KULLANILACAK MALZEMELER Sinyal üreteci, Osiloskop, RLC ünitesinin 2.devresi, Ampermetre ve voltmetre AMAÇ X L nin frekansa göre değişimini incelemek X L nin indüktansa göre değişimini incelemek Seri bağlı indükleyicilerle X L TEORİK BİLGİ İndükleyiciler alternatif akım sinyallerinin kontrol ve işlenmesinde kullanılmanın ötesinde, elektrik devrelerinde kullanılan temel elemanlardandır. İndükleyiciler bir nüve üzerine sarılmış tel bobinden oluşur. Bobinin dağılmaması için tel bir makaranın üzerine sarılmış olabilir. Şekil Hava veya demir nüve üzerine tek kat sarımlı çeşitli indükleyiciler. 45

Her tip indükleyicinin tel sarımlarından doğan bir elektrik direnci vardır. Bu uygulamada dikkate alınmalıdır. Çünkü devreye katılan bu direnç indüksiyon etkisine ilave olarak hesaba alınmalıdır. Bir indükleyicin gösterdiği etkinin büyüklüğüne indüktansı denir ve Henry ölçü birimi ile ifade edilir. Bir indükleyici üzerinden bir saniyede bir amperlik alternatif akım geçtiğinde indükleyicinin iki terminali arasında bir voltluk potansiyel fark meydana geliyorsa bu indükleyicinin indüktansı bir Henrydir. Indüktans göstermek için H harfi kullanılır. Akım doğrultucularda filtre olarak kullanımı dışında diğer indükleyiciler için henry çok büyük bir birimdir. Bu nedenle henry nin askatları kullanılır. Bunlar Henrynin bindebiri olan milihenry, mh ile gösterilir ve milyonda biri olan mikrohenry, µh ile gösterilir. İndüktör bulunan bir devrede akım bağıntısı ile verilir. Burada X L ile bulunan indüktif reaktanstır. X L = 2πfL DENEYİN YAPILIŞI Öncelikle sinyal üretecini devremize şekildeki gibi bağlamalıyız. Deneyin tüm kısımlarında bu bağlantı şekli sabit kalacaktır. Kırmızı ve siyah kablonun yerlerine dikkat ediniz. Şekil: Sinyal üretecinin RLC devresine bağlanışı 46

Bu deneyin tüm kısımlarında osiloskobun sadece bir kanalı kullanılacaktır. Eğer takılı ise ikinci kanalın kablosunu sökünüz. 1.KISIM: İndüktif Reaktans X L ve frekansla değişimi Bu çalışmayı Devre 3 üzerinde yapacağız. Şekildeki gibi kısa devre elemanları yerleştirin. Devre 3 ün hata şalterini orada değilse 1 no.lu pozisyona getirin. Devre normal çalışma modunda olmalıdır. Devre üzerinde kısa devreye neden olabilecek kullanılmayan kısa devre elemanı veya prop bulunmaması için gerekli kontrolu yapın. X L = 2πfL : indüktif reaktans :Akım Şekil Sadece L 2 indükleyicisinin bağlı olduğu devre Şimdi aşağıdaki bağlantıları yapın: Sinyal Jeneratörü: Jeneratörden ana ünite üzerindeki GNDSG soketine Osiloskop : Kanal 1 den 1.15 No. sokete (Devreye gelen sinyali izlemek için) 47

Devrenin bağlantılarını tamamladıktan sonra devreden akımın rms voltajının değerine göre değişimini inceleyin. Rms voltajını değiştirmek için sinyal üretecinin genlik düğmesini kullanmalısınız. Rms voltajının değişimi ile akımın değişimi nasıl oluyor açıklayın? Şimdi rms voltajını belli bir değere getirdikten sonra farklı frekanslar için akımı ölçün ve tabloyu doldurun. Frekans değişiminin akıma olan etkisini hesaplamalar kısmında hesaplayın. Frekans Voltaj Osiloskop (rms voltajı) İndükleyicinin indüktansı L- (Multimetreyle ölçülen) Akım (Multimetreden ölçülen) Akım (Teorik olarak hesaplanan) 1 KHz 2 KHz 5 KHz Hesaplamalar: Frekansın değişiminin devreden geçen akıma etkisi nasıl olmuştur açıklayın? Frekansa bağlı olarak akımın değişimi indüktif reaktans bağıntısıyla uyumlumudur? Şekil üzerine indüktif reaktansın frekansa göre değişim grafiğini çizin. 48

X L (Ω) 2000 1600 1200 800 400 0 1 2 3 4 5 6 7 8 F r e k a n s ( khz) 2.KISIM: Değişen indüktansın indüktif reaktans üzerinde etkisi Bu çalışmayı Devre 3 üzerinde yapacağız. Şekildeki gibi kısa devre elemanları yerleştirin. Devre 3 ün hata şalterini orada değilse 1 no.lu pozisyona getirin. Devre normal çalışma modunda olmalıdır. Devre üzerinde kısa devreye neden olabilecek kullanılmayan kısa devre elemanı veya prop bulunmaması için gerekli kontrolu yapın. Şekil Sadece L 2 indükleyicisinin bağlı olduğu devre 49

Devreye farklı indüktanslar bağlayarak akımın değişimini inceleyin. Tabloyu doldurun ve indüktansın değişmesi ile indüktif reaktans ve dolayısı ile akımın nasıl değişeceğini hesaplayın. İndüktans (Kodu ve katalog değeri) rms voltajı (Osiloskoptan ölçülebilir) Voltaj Frekans(Sinyal üretecindeki) İndükleyicinin indüktansı (Multimetreyle ölçülen) Akım (Multimetre ile ölçülen) Akım (Teorik olarak hesaplanan) (2 Khz) (2 Khz) (2 Khz) Hesaplamalar: Her bir okuma ile elde edilen sonuçlarla verilen indüktans değerini kullanarak indüktif reaktansı hesaplayın ve şekil 3.12.2 üzerine indüktif reaktansın frekansa göre değişim grafiğini çizin. i (ma) 0 10 20 40 60 80 Frekans (khz) 50

3.KISIM: AC devrede seri bağlanmış indükleyiciler Bu çalışmayı Devre 3 üzerinde yapacağız. Şekilde görüldüğü gibi kısa devre elemanları yerleştirin. Devre 3 ün hata şalterini orada değilse 1 no.lu pozisyona getirin. Devre normal çalışma modunda olmalıdır. Devre üzerinde kısa devreye neden olabilecek kullanılmayan kısa devre elemanı veya prop bulunmaması için gerekli kontrolü yapın. Şekil L 2 ve L 5 indükleyicilerinin seri bağlı olduğu devre Birkaç farklı indükleyiciyi seri bağlayarak eşdeğer indüktansı ve yeni indüktif reaktansı hesaplayın. akımın buna bağlı olarak değişimini inceleyin. Hesaplamalar kısmını ve tabloyu doldurun. Hesaplamalar: 51

Devre (Örnek:68 mh + 68 mh Seri) Frekans Rms Voltajı Akım İndüktif Reaktans YORUM-SONUÇ: 52

DENEY 4 RC ve RL DEVRELERİNDE KARE ve SİNÜSODİAL SİNYALİN ÇIKIŞINI, FAZ FARKININ ve GERİLİM ÜÇGENİNİN İNCELENMESİ KULLANILACAK MALZEMELER Sinyal üreteci, Osiloskop, RLC ünitesinin 1.ve 2.devresi AMAÇ Sinüsodial ve kare dalgalar şeklinde sinyalin RC devresinden çıkışını incelemek RC devresinde faz farkını ve gerilim üçgenini incelemek Sinüsodial ve kare dalgalar şeklinde sinyalin RL devresinden çıkışını incelemek RL devresinde faz farkını ve gerilim üçgenini incelemek TEORİK BİLGİ Eğer üzerinde pasif elemanlar bulunan bir devreye enerji verilirse bu elemanlar üç değişik şekilde davranış gösterirler: 1. Enerjiyi ısı olarak harcarlar. 2. Manyetik alan olarak saklarlar. 3. Elektrik yükü olarak saklarlar. Eğer devrede enerjinin tamamı yalnızca ısı enerjisi harcanıyorsa bu eleman saf dirençtir. Eğer, manyetik enerji olarak saklanıyorsa eleman bir indükleyicidir, şayet enerji elektrik yükü olarak saklanıyorsa eleman bir kondansatördür. Pratikte bir devrede bu üç özellik tek başına olmaz. Kural olarak çoğu zaman iki ve hatta üçü de aynı anda mevcuttur. Ancak çalışmalarımızın kolay olması için bağımsız elektriksel kavramlar olarak farz edilmektedir. Empedans ve Ohm Kanunu Alternatif akım devrelerinde üzerlerinde akım dolaşan direnç, indükleyici ve kondansatör olmak üzere üç çeşit pasif eleman bulunur. Empedans böyle bir devrede bu üç elemanın akıma karşı koyma özelliği olarak tanımlanır. Empedans Z sembolu ile gösterilir. Tek bir elemanın veya bir devre dalı üzerindeki elemanların ya da bütün bir devrenin empedansı devre veya elemanı besleyen voltajın orada dolaşan akım şiddetine oranı olarak tanımlanır. Voltaj O halde, Empedans = veya Akım şiddeti Eğer voltaj ve akım şiddeti sinüzoidal ise Z bir modül ve argüman (açı) ile temsil edilir. Bu argümana veya voltaj ile akım şiddeti arasındaki açıya faz açısı veya kısaca faz denir. 53