YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MAKİNE FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ DERSİ Proje Adı : IŞIĞA DÖNEN KAFA PROJESİ Proje No : 2 Proje Raporu Adı: HALİL Soyadı: EMUL Öğrenci Numarası :10067022 16.01.2013 İstanbul
İÇİNDEKİLER 1. ÖZET... 3 2. PROJENİN TANIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ... 3 3. SONUÇLAR ve DEĞERLENDİRME... 11 4. REFERANSLAR... 12
1. ÖZET Işığa dönen kafa projesinde motor üstündeki LDR lere karanlıkta ışık tutulması ve kafanın ışık kaynağına yönelmesi hedeflenmiştir. Projede birtakım elektronik devre elemanları kullanılmıştır. LDR lerin ışık kaynağına tutulması sonucu motorun kaynağa yöneldiği gözlenmiştir. 2. PROJENİN TANIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ Proje, temel olarak ışığın şiddetine göre LDR lerin değişen direnç değerlerinin devredeki kol akımlarının şiddetini değiştirmesi ve bununla birlikte doğrultucu diyotların motorun yönünün kontrolünde kullanılmasına dayanır. LDR lere gelen ışık bu devre elemanının direncini değiştirir bu da kollardaki akım miktarını değiştirir, sonra doğrultucu diyotlar motorun belli bir yönde dönmesini sağlar. LDR lerden herhangi birine gelen ışık şiddetinin diğerinden farklı olması farklı direnç değerlerine sahip olmalarını sağlar, bunun sonucu olarak da motorun yönü değişir ve ışığa yönelir. ÖRNEK DEVRE GÖRÜNTÜSÜ
DEVRE ŞEMASI 2.a DEVREDE KULLANILAN DEVRE ELEMANLARI VE GÖREVLERİ DİRENÇLER Elektrik akımına karşı zorluk gösterilmesi elektriksel direnç olarak adlandırılır. Bu zorluğu belli bir elektriksel büyüklükte gösteren özel üretilmiş devre elemanlarına da direnç(resistor) denir. Elektronik devrelerde en sık kullanılan devre elemanıdır ve 'R' harfiyle gösterilir. Dirençler sahip oldukları elektriksel büyüklüklerle anılırlar. Direncin elektriksel büyüklüğü 'ohm' dır ve 'Ω' (omega) harfiyle gösterilir. Temel olarak iki yaygın kullanım amacı vardır: Devrenin herhangi bir noktasından arzu edilen akımın geçmesini sağlamak Devrenin herhangi bir noktasında arzu edilen gerilimin elde edilmesi için kullanılırlar.
TRİMPOTLAR Devre direncinin bir veya birkaç defa ayarlandıktan sonra bu ayar değerinde sabit bırakıldığı yerlerde kullanılan dirençlerdir. İnce uçlu tornavida ile ayar yapılır. Düşük güce sahiptirler ve bu bakımdan elektronik devrelerde sıklıkla kullanılır. Burada yalnızca iki bacağı kullanılarak ayarlı direnç haline getirilmiştir. Bu ayarlı direncin amacı, LDR ler karşısına konulan ışık kaynağını, kafanın istenilen doğrulukta takip edebilmelerini sağlamak içindir. LDR lerin aynı ışık şiddetinde farklı değer üretebilmeleriyle karşılaşıldığı için trimpot ile ince ayar yapılır. IŞIK ETKİLİ DİRENÇLER (Fotodirenç)(LDR) LDR (fotodirenç, light dependent resistance), aydınlıkta az direnç, karanlıkta yüksek direnç gösteren devre elemanlarına denir (Resim 1.16-17). Başka bir deyişle LDR'nin üzerine düşen ışık değerine göre gösterdiği direnç değişimi ters orantılıdır. 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 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.
KONDANSATÖRLER Kondansatörler elektrik enerjisini depolamak amacıyla kullanılan devre elemanlarıdır. Karşılıklı duran ve aralarında fiziksel bir temas olmayan iki ayrı plaka ve plakalara bağlı iki ayrı iletken telden oluşurlar. Devrelerde C harfiyle temsil edilirler. Her bir plakaya elektrot denir. Devrede paraziti engellemekiçin konulmuştur.şekil 2.1 de kondansatörün temel yapısını görebilirsiniz.
ELEKTROLİTİK KONDANSATÖRLER (Kutuplu kondansatörler) Elektrolitik kondansatörlere kutuplu kondansatörler de denir. Pozitif ve negatif kutupları bulunan, alüminyum levhalar arasında asit borik eriyiğinin di-elektrik madde olarak kullanıldığı kondansatörlerdir. Negatif uç kondansatörün dış yüzeyini oluşturan alüminyum plakaya bağlıdır (Resim 2.6) KRİSTAL DİYOTLAR (Doğrultma Diyotları) Kristal diyotlar genellikle doğrultmaç diyotları olarak anılır ve doğrultmaç devrelerinde kullanılır. Piyasada en çok kullanılan diyotlardan biri doğrultmaç diyotlardır. Ebatları güçlerine göre değişir. Büyük ebatta yapılanlar büyük güçlüdür. Çok yüksek güçte yapılanların dış muhafazası metal olup soğutucu plakalara monte edilir. Sembolü Resim 4.12 de verilmiştir. BJT TRANSİSTÖRLER Transistör imalatında kullanılan yarı iletkenler, birbirlerine yüzey birleşimli olarak üretilmektedir. Bu nedenle bipolar jonksiyon transistör olarak adlandırılır. Bipolar transistörler de PNP ve NPN olarak iki tiptir. PNP tipinde base negatif emiter ve kollektör pozitif kristal yapısındadır. NPN tipinde ise base pozitif, emiter ve kollektör negatif kristal yapısındadır. İletimde olması için base, emittere göre daha pozitif olmalıdır. Buradaki gerilim farkı 0.7 (silisyum) - 0.3 (germanyum) volt veya daha fazla olmalıdır.
PNP ve NPN Tipi Transistörlerin Yapısı Transistörün temel yapısı Resim 5.3 te gösterilmiştir. BJT transistörler katkılandırılmış P ve N tipi malzeme kullanılarak üretilir. Transistörler NPN ve PNP olmak üzere iki temel yapıda üretilir. NPN transistörde 2 adet N tipi yarı iletken madde arasına 1 adet P tipi yarı iletken madde konur. PNP tipi transistor de ise 2 adet P tipi yarı iletken madde arasına 1 adet N tipi yarı iletken madde konur. Dolayısıyla transistör 3 adet katmana veya terminale sahiptir. Transistörün her bir terminaline işlevlerinden ötürü; emiter (emitter), beyz (base) ve kolektör (collector) adları verilir. Bu terminaller; genelde E, B ve C harfleri ile sembolize edilir. Emetör bölgesi (Yayıcı): Akım taşıyıcıların harekete başladığı bölge Beyz bölgesi (Taban): Transistörün çalışmasını etkileyen bölge Kollektör bölgesi (Toplayıcı): Akım taşıyıcıların toplandığı bölge bu bölgelere irtibatlandırılan bağlantı iletkenleri de elektrot, ayak veya bağlantı ucu olarak tanımlanır. PNP ve NPN Tipi Transistörlerde Akım ve Gerilim Yönleri PNP ve NPN transistörlerin akım ve gerilim yönleri Resim 5.5 te verilmiştir. IE akımı, IC+IB ye eşittir. Akım yönü artıdan eksiye doğrudur. Gerilim yönleri ise bir önceki bölümdeki öngerilimlendirmeye göre yapılmalıdır.
Transistörün Anahtarlama Elemanı Olarak Çalıştırılması Sayıcılar (counters), bilgisayarlar (computers), ateşleme devreleri (trigger circuit) gibi bir kısım devrenin çok hızlı çalışması (on) ve sukunete geçmesi (off) gerekebilir. Bu gibi hâllerde çok hassas bir anahtarlama yapılması gerekir. Bu devrelerde, transistörden anahtar olarak yararlanılmaktadır. Transistör ile nano saniyelik yani 10-9 saniyelik (sn.) bir çalışma hızı sağlanmaktadır.transistörün açık olduğu durum (Cutoff), kapalı olduğu durum (Doyum-Saturation) olarak isimlendirilir. Transistörün doyum hâlinde çalışması, kısa bir an için taşıyabileceği maksimum akımda görev yapması demektir (Resim 5.8). OP-AMP 'ın Yapısı ve Özellikleri İşlemsel yükselteçler (Operational Amplifiers, kısaca OP-AMP) 196O 'lı yılların sonlarına doğru kullanılmaya başlanmıştır. 741 ve 747 gibi entegre şeklinde üretilirler. Bu entegrelere dışarıdan bağlanan devre elemanları ile geri beslemesi ve dolayısıyla yükselteç devresinin gerilim kazancı kontrol edilebilir. Genel olarak OP-AMP, çok yüksek kazançlı bir DC yükselteçtir. OP-AMP ile hemen hemen yapılamayacak devre yok gibidir.
Şekil 2.18 'de temel OP-AMP sembolü gösterilmiştir. Bu sembolde gösterilmeyen bir de besleme voltaj uçları bulunur. Genel olarak bir işlemsel yükseltecin iki giriş, bir çıkış, iki de besleme kaynağı ucu bulunur. Sembolde, (-) işaretli giriş ucu tersleyen (eviren, inverting), (+) işaretli giriş ucu terslemeyen (evirmeyen, noninverting) giriş ucudur. (-) işaretli giriş ucuna sinyal uygulandığında çıkıştan 180 faz farklı bir çıkış sinyali alınır. Giriş sinyali (+) işaretli giriş ucuna uygulandığı zaman da çıkıştan alınan sinyalle girişe uygulanan sinyal arasında faz farkı olmaz. Yani aynı fazda bir çıkış sinyali alınır. OP-AMP, 5 önemli özelliğe sahiptir. Bunlar; * Kazancı çok fazladır. (Örneğin, 200.000) * Giriş empedansı çok yüksektir. (5 MΩ) * Çıkış empedansı sıfıra yakındır. * Band genişliği fazladır. (1MHz) * Girişe 0 Volt uygulandığında, çıkıştan yaklaşık 0 Volt elde edilir. Şekil 2.18 - Temel OP-AMP Sembolü
3.SONUÇLAR ve DEĞERLENDİRME Projeye ilk olarak devrede kullanacağım malzemeleri almakla başladım. Devre şemasına ve fotoğrafa bakarak devre elemanlarını yerleştirdim. İlk olarak trimpot ve dirençleri yerleştirdim, sonra da transistörleri, diyotları,ldr leri ve OP-AMP ı yerleştirdim. Gerekli kablo bağlantılarını yaptım. Kondansatörleri ve motoru da yerleştirdikten sonra hata olup olmadığını kontrol ettim. Devrenin doğru olduğundan emin olduktan sonra 5 tane 1.5 V luk pili seri bağlayıp devreye 7.5 V DC akım verdim. Motor dönmeye başladı ve LDR lerin üzerine düşen ışık şiddetine göre motorun yön değiştirdiğini tespit ettim. Ancak sonradan pil yerine, cep telefonu şarj etmek için kullanılan adaptörü kullandım. Adaptörün output u 5.7 V DC akım veriyordu. Bu da motorun çalışması için yeterli oldu. Proje, benim elektronik konusundaki bilgilerimi geliştirdi. Çok yararlı ve eğlenceli bir süreçti. Sadece LDR leri monte etme konusunda sıkıntı yaşadığım için LDR leri breadboarda yerleştirdim. Sonuç olarak proje değişen ışık şiddetine göre motorun yönünün değiştiğini gösterdi.
4.REFERANSLAR http://megep.meb.gov.tr/mte_program_modul/modul_pdf/522ee0018.pdf http://hbogm.meb.gov.tr/modulerprogramlar/kursprogramlari/elektrik/moduller/analogdevreelema nlari.pdf http://www.silisyum.net/htm/opamp/opamp.htm