DEVRE ANALİZİ DENEY FÖYÜ

DEVRE NLİZİ DENEY FÖYÜ 2013-2014 Ders Sorumlusu: Yrd. Doç. Dr. Can Bülent FİDN Laboratuvar Sorumluları: İbrahim TLI : Rafet DURGUT

İÇİNDEKİLER DENEY 1: SERİ VE PRLEL DİRENÇLİ DEVRELER... 3 DENEY 2: THEVENİN TEOREMİ... 8 DENEY 3: WHETSTONE KÖPRÜSÜ... 11 DENEY 4: KONDNSTÖRÜN VE BOBİNİN DOĞRU KIMD DVRNIŞI... 14 DENEY 5: LÇK GEÇİREN FİLTRE... 18

DENEY 1: SERİ VE PRLEL DİRENÇLİ DEVRELER 1. çıklama Bu deneyin amacı; seri, paralel ve seri/paralel bağlı dirençlerin etkisini incelemektir. Bu inceleme için ilk önce ön çalışmada verilen devreler analiz edilecek, sonra da aynı devreler laboratuvarda denenecektir. Ön çalışmada bulunan teorik değerler ile deneyde bulunan değerler birbiriyle karşılaştırılacaktır. 2. Ön Çalışma 2.1. Seri Bağlı Dirençler Şekil 1 de görülen devre, gerilim bölünmesi kavramını incelemek için kullanılacaktır. Devrede V S =15 V tur ve devredeki dirençlerin değerleri Tablo 1 de verilmiştir. R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 4.7 kω 8.2 kω 3.9 kω 20 kω 50 kω Tablo 3.1 1) Gerilim kaynağının uçlarından görülen eşdeğer direnci, yani R B yi hesaplayınız. 2) V 1, V 2 ve V 3 gerilimlerini hesaplayınız. 3) R 3 direncini açık devre ediniz ve I S akımını hesaplayınız. 4) R 3 direncini kısa devre ediniz ve I S akımını hesaplayınız. 5) I S akımını hesaplayınız. 6) Elde ettiğiniz sonuçları Tablo 2 te uygun yerlere yazınız. 2.2. Paralel Bağlı Dirençler Şekil 3.1 Seri dirençli devre Şekil 2 de görülen devre, akım bölünmesi kavramını incelemek için kullanılacaktır. Devrede V S =15 V tur ve devredeki dirençlerin değerleri Tablo 1 de verilmiştir. 1) Gerilim kaynağının uçlarından görülen eşdeğer direnci, yani R B yi hesaplayınız. 2) I S, I 1, I 2 ve I 3 akımlarını hesaplayınız. 3) Elde ettiğiniz sonuçları Tablo 3 te uygun yerlere yazınız.

2.3. Seri/Paralel Bağlı Dirençli Devre 3.2 Paralel dirençli devre Şekil 3 de görülen devre, her bir direnç üzerindeki gerilimi ve her bir direnç üzerinden akan akımı belirlemenin yansıra, bir direnci açık devre ve kısa devre etmenin etkisini incelemekte de kullanılacaktır. Devrede VS=15 V dur ve devredeki dirençlerin değerleri Tablo 1 de verilmiştir. 1) Gerilim kaynağının uçlarından görülen eşdeğerli direnci, yani R B yi hesaplayınız. 2) Her bir direncin gerilimini ve akımını hesaplayınız. 3) R 3 direncini açık devre ediniz ve I S akımını hesaplayınız. 4) R 3 direncini kısa devre ediniz ve I S akımını hesaplayınız. 5) Elde ettiğiniz sonuçları Tablo 4 te uygun yerlere yazınız. 3. Gerekli Cihaz ve Elemanlar Şekil 3.3 Seri/Paralel Dirençli Devre. 1. 1 adet dc güç kaynağı 2. 1 er adet 4.7 kω, 8.2 kω, 3.9 kω, 20 kω, 50 kω mertebesinde direnç 3. 1 adet avometre 4. Yapılacak İşlemler Şekil 1, 2 ve 3 deki devreler eşdeğer direnci teyit etmek için kullanılacaktır. Şekil 1 ve 2 deki devreler, sırasıyla gerilim bölünmesini ve akım bölünmesini teyit etmek için de kullanılacaktır. Şekil 1 ve 3 deki devreler aynı zamanda bir direnci kısa devre ve açık devre etmenin etkisini incelemek için de kullanılacaktır.

4.1. Seri Bağlı Dirençler 1) Şekil 1 de görülen devreyi, gerilim kaynağını bağlamadan kurunuz ve eşdeğer direnci Ohmmetre ile ölçünüz. 2) Gerilim kaynağını devreye bağlayınız.(devrede V S =15 V tur) 3) V 1, V 2, V 3 ve V S gerilimlerini ve I S akımını ölçünüz. 4) R 3 direncini açık devre ediniz ve V 3 gerilimi ile I S akımını ölçünüz. 5) R 3 direncini kısa devre ediniz ve V 3 gerilimi ile I S akımını ölçünüz. 4.2. Paralel Bağlı Dirençler 1) Şekil 2 de görülen devreyi, gerilim kaynağını bağlamadan kurunuz ve eşdeğer direnci Ohmmetre ile ölçünüz. 2) Gerilim kaynağını devreye bağlayınız.(devrede V S =15 V tur) 3) I 1, I 2, I 3 ve I S akımlarını ve V S gerilimini ölçünüz. 4.3. Seri/Paralel Bağlı Dirençli Devre 1) Şekil 2 de görülen devreyi, gerilim kaynağını bağlamadan kurunuz ve eşdeğer direnci Ohmmetre ile ölçünüz. 2) Gerilim kaynağını devreye bağlayınız.(devrede V S =15 V tur) 3) Her bir direncin gerilim ve akımını ölçünüz. Gerilim kaynağının gerilim ve akımını 1) ölçünüz. 4) R 3 direncini açık devre ediniz ve I S akımını ölçünüz. 5) R 3 direncini kısa devre ediniz ve I S akımını ölçünüz. Tablo 3.2: Seri bağlı dirençler deneyi sonuçları Veri Hesaplanan Deney Sonucu R B V 1 V 2 V 3 V S I S I S (R 3 açık devre) I S (R 3 kısa devre) Tablo 3.3 Paralel bağlı dirençler deneyi sonuçları Veri Hesaplanan Deney Sonucu R B

I 1 I 2 I 3 V S I S 5. Raporda İstenenler. Seri Bağlı Dirençler Tablo 3.3 Seri/paralel bağlı dirençler deneyi sonuçları Veri Hesaplanan Deney Sonucu I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 V 1 V 2 V 3 V 4 V 5 V S I S I S (R 3 açık devre) I S (R 3 kısa devre) 1) R B nin ölçülen değeriyle hesaplanan değerini karşılaştırınız (%hata?). 2) V 1, V 2 ve V 3 gerilimlerinin ölçülen değerlerini hesaplanan değerleriyle karşılaştırınız. 3) Devredeki her bir direncin harcadığı gücü ve gerilim kaynağının sağladığı gücü, deneyde ölçtüğünüz değerleri kullanarak hesaplayınız ve ön çalışmada hesaplanan teorik değerlerle karşılaştırınız. 4) R 3 direncinin kısa devre ve açık devre edilmesinin devre üzerindeki etkisini tartışınız. B. Paralel Bağlı Dirençler 1) R B nin ölçülen değeriyle hesaplanan değerini karşılaştırınız (%hata?). 2) I 1, I 2, I 3 ve I S akımlarının ölçülen değerlerini hesaplanan değerleriyle karşılaştırınız. 3) Bu devrede R 3 direncinin kısa devre edersen ne olur. Bu akımı ampermetre ile ölçebilir miyiz? C. Seri/Paralel Bağlı Dirençli Devre 1) R B nin ölçülen değeriyle hesaplanan değerini karşılaştırınız (%hata?).

2) Bütün dirençlerin akım ve gerilimlerine ait ölçülen değerlerle hesaplanan değerleri karşılaştırınız. 3) R 3 direncinin kısa devre ve açık devre edilmesinin devre üzerindeki etkisini tartışınız.

DENEY 2: THEVENİN TEOREMİ 1. çıklama Bu deney, Thevenin teoreminin elektrik ve elektronik devrelerinin çözümündeki fayda ve üstünlüklerini açıklamak gayesi ile düzenlenmiştir. Thevenin teoremi ile herhangi bir karmaşık devre; bir gerilim kaynağı ile seri bir dirence eşdeğer olarak gösterilir. Bu iki nokta arasına bağlanacak olan yük direncinden daima (hem orijinal durumda, hem de eşdeğer devre durumunda) aynı akım akar. 2. Gerekli Cihaz ve Elemanlar 1. 1 adet dc güç kaynağı 2. 1 adet avometre 3. Direnç kutusu 3. Yapılacak İşlemler 1. Şekil 4.1.a daki devreyi kurunuz. mpermetreden akan akımı (I Ö ) ölçüp kaydediniz. 2. B noktalarının solunda kalan devrenin Thevenin gerilimini (E Th ) ve Thevenin direncini (R Th ) hesaplayıp Tablo 4.1 e yazınız. 3. Hesapladığınız değerlere ait Şekil 4.1.b deki devreyi kurarak, ampermetreden akan akımı (I Th ) ölçüp Tablo 4.1 e yazınız. 1. 2. ve 3. adımlarda yapılanları 4.2 deki devre için tekrarlayınız. 4. Şekil 4.3.a daki devreyi kurunuz. 5. mpermetreden akan akımı ölçüp kaydediniz. 6. Şekil 4.3.a daki devrede B noktalarının solunda kalan devrenin Thevenin eşdeğerini hesaplayınız. 7. Hesaplanan değerlere ait devreyi kurunuz. mpermetreyi yük olarak bağlayınız. mpermetrenin iç direncini (R İ ) hesaplayınız. 8. Şekil 9.3b deki devre için 1., 2. ve 3. şıkları tekrarlayınız. 10 kω R Th 1.5 V 1 kω E Th Şekil 4.1.a Şekil 4.1.b B

9. Şekil 4.4.a daki devreyi kurunuz. 10. B uçları arasındaki açık devre Thevenin gerilimini (V OC ) ölçüp kaydediniz. 11. B noktaları arasına bağlayacağınız ampermetre ile kısa devre akımını (I SC ) ölçüp kaydediniz. 12. Thevenin direncini R TH = V OC / I SC bağıntısından hesaplayınız. Şekil 4.4.b deki Thevenin eşdeğer devresini kurunuz. 13. Şekil 4.4.b deki devrenin B noktaları arasına bağlayacağınız ampermetre ile akan akımı ölçüp kaydediniz. 14. Orijinal devreler ile Thevenin eşdeğerlerinin akımları arasındaki yüzde hatalarını hesaplayınız. 10 kω 3.9 kω 2.2 kω Şekil 4.2 250 kω 1.5 V 150 kω Şekil 4.3.a B 3.9 kω 8.2 kω 1.5 V 10 kω Şekil 4.3.b B 1 kω 1 kω 1.5 V 1 kω Şekil 4.4.a B R Th Şekil 4.4.b B

Şekil 1.a,b Şekil 2 Şekil 3a Şekil 3b Şekil 4 I Ö (I SC ) I TH Yüzde hata Tablo 4.1 E TH R TH R İ

DENEY 3: WHETSTONE KÖPRÜSÜ 1. çıklama Bu deneyde, dengeli bir Wheatstone köprüsünün analizi yapılacak ve dengesiz bir köprüye Thevenin teoremi uygulanacaktır. Temel Wheatstone köprüsü çok eskiden beri kullanılmaktadır. Günümüzde ise sıfır göstergeli aletlerde çok kullanılır. Şekil 1.a daki devrede R 1 R 4 =R 2 R 3 eşitliği sağlandığında köprü dengededir ve ampermetreden akım akmaz. Wheatstone köprüsünün asıl kullanım amacı direnç ölçümüdür. 2. Gerekli Cihaz ve Elemanlar 1. 1 adet dc güç kaynağı 2. 1 adet avometre 3. 4 adet 2.2 kω direnç 4. Direnç kutusu 3. Yapılacak İşlemler 1. 2.2 kω luk dirençlerin değerlerini ölçüp Tablo 1 e kaydediniz. 2. Şekil 1 deki devreyi kurunuz. 3. I 1, I 2, I 3, I 4 ve I 5 akımlarını ölçüp tabloya kaydediniz. 4. Şekil 2 deki devrede ampermetreyi devreden çıkartıp B noktalarına göre Thevenin eşdeğer elemanlarını hesaplayınız ve Tablo 1 e kaydediniz. 5. Hesapladığınız değerlere göre Şekil 3 deki devreyi kurunuz. mpermetreden akan akımı Tablo 1 e kaydediniz. 6. 5.dımdan faydalanarak ampermetrenin iç direncini hesaplayınız. R1 R2 E R3 R4 Şekil 1

I 1 I 2 2.2 k 2.2 k E=5 V I 5 I 3 I 4 2.2 k 2.2 k Şekil 2 R Th E Th Şekil 3 B 7. şağıdaki yaklaşık ifadeleri Şekil 2 deki devreye uygulayınız. 1. V TH E( R)/4R R TH R 8. Buradaki R direnci; Wheatstone köprüsündeki dirençlerin üzerlerinde yazılı olan değerleri ile gerçek değerleri arasındaki farkı ifade eder. Mesela, Şekil 1 deki devrede tüm dirençlerin işaretli değerleri, 100 Ω ve gerçek değerleri, R 1 =90 Ω, R 3 =110 Ω, R 2 =100 Ω ve R 4 =105 Ω ise (R=100 Ω) 1. R 31 =10 Ω ( 10 Ω)=20 Ω 2. R 42 =5 Ω+0 Ω=5 Ω 3. R= R 31 R 42 =15 Ω olur. 9. dımdaki yaklaşık değerleri kullanarak, Şekil 3 deki Thevenin eşdeğer devresi kurunuz. mpermetreden akan akımı Tablo 1 e kaydediniz. 10. ve 5. adımlarda ölçülen akımlar arasındaki bağıl hatayı hesaplayıp kaydediniz. 11. ve 8. adımlarda ölçülen akımlar arasındaki bağıl hatayı hesaplayıp kaydediniz. 12. 4. ve 7. adımlarda hesaplanan Thevenin gerilimleri arasındaki bağıl hatayı hesaplayıp kaydediniz. 13. ve 7. adımlarda hesaplanan Thevenin dirençleri arasındaki bağıl hatayı hesaplayıp kaydediniz.. Direnç değerleri kım Tablo 1 Thevenin eşdeğer devresi mpermetre iç direnci R 1 I 1 V TH R R 2 I 2 R TH -------------- R 3 I 3 -------------- -------------- R 4 I 4 -------------- -------------- -------------- I 5 I TH -------------- Tablo 2

Yaklaşık Thevenin eşdeğer devresi Bağıl Hata R 1 R TH V TH I TH 9.adım 10.adım 11.adım 12.adım

DENEY 4: KONDNSTÖRÜN VE BOBİNİN DOĞRU KIMD DVRNIŞI 1. çıklama Kondansatör doğru akımı geçirmeyip alternatif akımı geçiren bir elemandır. Yükselteçlerde DC yi geçirip C geçirmeyerek filtre elemanı olarak kullanılır. C/DC dönüştürülmesinde diyotlar düzgün bir DC elde edilemez burada da filtre elemanı olarak kullanılır. Enerji depolama özelliğinden faydalanılarak kontakların gecikmeli açılması istenen yerlerde röleye paralel bağlanarak kullanılabilir. Şekil 1: R-C devresi şeması Şekil 1 deki devrede S anahtarı 1 konumunda iken, C kondansatörün üst ucu (+), alt ucu da (-) olarak yüklenir. S anahtarının 1 konumunda iken ilk anda kondansatör kısa devre gibi davranır ve devreden akan akım maksimumdur. Belli zaman sonra kondansatör levhaları yüklenir ve levhalar arasında potansiyel fark oluşur. Kondansatör doldukça uçlarındaki gerilim yükselir ve nihayet gerilim kaynağına eşit olur. Bu anda devreden akım geçmez kondansatör açık devre gibi davranır. Bu duruma kondansatörün şarjı denir. Şekil 2: Şarj esnasında kondansatör gerilimi (solda) ve devre akımı (sağda) nahtar 2 konumuna alınarak gerilim kaynağı devreden çıkarıldığında ise levhalardaki yük direnç üzerinden boşalarak sıfıra ulaşır. Bu duruma kondansatörün deşarjı denir. Kondansatörde şarj ve deşarj akımları birbirinin tersi yöndedir.

Şekil 3: Deşarj esnasında (solda) kondansatör gerilimi ve (sağda) devrenin akımı DC de bobin; elektrikte motor, elektromıknatıs, röle, elektronikte ise filtre ve regüle devrelerinde kullanılır. Bobinin DC de dar bir kullanım alanı vardır. C de daha geniş bir kullanım alanı vardır. Şekil 4 Şekil 4 teki bobinli devrede anahtar 1 konumuna getirildiği ilk anda, bobin endüktansı akım değişimini engelleyecek etki meydana getirdiği için bobin içinden geçen akım, ani değerler alamaz ve ancak zamanla değer değiştirir. Bu yüzden akım yavaşça yükselir. Bobin DC de ilk anda açık devre gibi davranır bobinin gerilimi kaynağın gerilimine eşittir ve devreden akan akım sıfırdır. Bobin yeterli sürenin ardından kısa devre gibi davranır (Şekil 5). Şekil 5 Şekil 6 nahtar 2 konumuna getirildiği ilk anda bobin uçlarında kaynak gerilimine eş bir gerilim değeri görülmekte ve devredeki akım değişmemektedir. Daha sonra zaman ilerledikçe bobinin uçlarındaki gerilim ve devrenin akımı azalarak 0 olmaktadır (Şekil 6). Enerji depo edebilen elemanların, yaklaşık % 63 lük kısmı şarj ya da deşarj olurken geçen süreye zaman sabiti denir. Bir devrenin zaman sabiti değişirse o devrenin çalışma süresi de değişir. RL devrelerde zaman sabiti, bobin endüktansı ile doğru orantılı ve omik dirençle ters orantılı olarak değişir. T= L / R

Şekil 7: kım ve gerilim eğrilerinde RL devresinin çalışması Direnç ve kondansatörden yapılan devrelerdeki zaman sabitesine, RC zaman sabitesi denir. Bu devrelerde zaman sabiti, kondansatör değeri ve omik dirençle doğru orantılıdır. Bir dirence seri bağlı kondansatörün şarj ve deşarj olurken üzerinden geçen akımın zamana göre değişimi. T= R * C 2. Gerekli Cihaz ve Elemanlar Şekil 8: kım ve Gerilim Eğrisi Üzerinde RC Devresinin Çalışması 1. 1 adet sinyal jeneratörü 2. 1 adet osiloskop 3. 1 kω, 150 Ω, 47 Ω direnç 4. 100 nf kondansatör, 100 mh bobin 3. Yapılacak İşlemler 1. Şekil 7 teki devreyi kurunuz. R 1=1 KΩ B R 1=150 Ω B C=100 nf L=100 mh 1 khz C 50 khz C R 1=47 Ω R 1=47 Ω Şekil 7 Şekil 8 2. Devreye gerilim kaynağı olarak sinyal jeneratörünü bağlayınız. Sinyalin biçimini kare dalga frekansını Hz üst gerilim değerini 5 V, alt gerilim değerini 0 V ayarlayınız. 3. Osiloskopun birinci kanalını noktasına bağlayarak kaynağın ürettiği sinyali, ikinci kanalını B noktasına bağlayarak kondansatörün gerilimi gözlemleyiniz. Ölçekli olarak Tablo 1 e çiziniz. Gerilim değerlerini yazınız. 4. Osiloskopun birinci kanalını B noktasına bağlayarak kondansatörün gerilimi, ikinci kanalını C noktasına bağlayarak direncin gerilimini gözlemleyiniz. Ölçekli olarak Tablo 2 ye çiziniz. Gerilim değerlerini yazınız. 5. Şekil 8 teki devreyi kurunuz ve 2. 3. 4. dımlardaki işlemleri uygulayınız. Elde edilen değerleri Tablo 3 ve 4 e kaydediniz.

Tablo 1 Tablo 2 Tablo 3 Tablo 4 4. Raporda İstenenler Deneyin raporunda bu deneyin amacı ve öğrenilenlere ek olarak aşağıdaki sorular cevaplandırılacaktır. 1) Zaman sabitesi nedir? Devrelerin zaman sabitesini bulunuz.

DENEY 5: LÇK GEÇİREN FİLTRE 1. çıklama Pratikte çok önemli bir saha da direnç, bobin ve kapasite içeren alternatif akım devrelerinin vereceği tepkilerle ilişkilidir. Kapasite elemanımız yüksek frekanslarda kısa devre gibi alçak frekanslarda ise açık devre gibi davranırken bobin elemanımız yüksek frekanslarda açık devre gibi, alçak frekanslarda kısa devre gibi davranır. Elemanların bu özelliklerinden faydalanılarak filtre tasarımı yapılabilir. Genel anlamda bir filtre devresini alternatif akım sinyallerini belirli frekanslarda tamamen geçiren, diğer frekanslarda az veya çok zayıflatarak geçiren elektrik devresi olarak tanımlayabiliriz. Örneğin bir sistemden almak istediğimiz işarete farklı frekanstaki işaretler karışıyorsa ve kendi işaretimizi istiyorsak karışan frekansı engelleyecek ve çıkıştan yalnızca kendi işaretimizi almamıza imkan sağlayan filtre devresi tasarlanabilir. R Vin C Vout Şekil 1. lçak geçiren filtre İdeal alçak geçiren filtreler: Bu tip filtre devreleri ideal durumda sıfırdan başlamak üzere belirli bir f c kesim frekansına kadar olan tüm frekanslarda alternatif akım sinyallerini herhangi bir zayıflatmaya tabi tutmadan ileten f c frekansından büyük frekanslardaki işaretleri hiç iletmeyen devrelerdir. İdeal olmayan alçak geçiren filtreler: İdeal bir süzgecin gerçekleştirilebilmesi fiziksel olarak olanaksızdır. Bu filtrelerde sinyalin frekansı arttıkça iletim azalmaktadır. Kesim frekansından sonrasını süzgeç geçirmiyor kabul edilmektedir. Kesim frekansı: Çıkış geriliminin tepe değerinin girişin 1/ değerine düştüğü noktadır. bir başka ifade ile yükte harcanan gücün yarıya düştüğü frekanstır. Şekil 2. a)ideal alçak geçiren filtre cevabı. b)ideal olmayan alçak geçiren filtre cevabı. 2. Gerekli Cihaz ve Elemanlar 1. 1 adet sinyal jeneratörü 2. 1 adet osiloskop 3. Direnç kutusu

4. Kondansatör kutusu 3. Yapılacak İşlemler 1. Devreye gerilim kaynağı olarak sinyal jeneratörünü bağlayınız. Sinyalin biçimini sinus, gerilim değerinin Vpp=10 V ayarlayınız. 2. Şekil 1 deki devreyi kurunuz. R=1 kω, C=100 nf olarak ayarlayınız. Frekans değerlerini sırasıyla 100 Hz, 300 Hz, 500 Hz,, 2,1 khz, 3 khz, 4 khz,, 10 khz olarak ayarlayarak osiloskopun birinci kanalını noktasına bağlayarak çıkış geriliminin tepe değerlerini tespit ediniz (osiloskopu measure çalışma moduna alınız, birinci kanal için Vmax gösterecek şekilde ayarlayarak tepe değerlerini tespit ediniz) ve frekansa karşılık tepe değerleri değişimini gösteren grafiği oluşturunuz (tablo 1). Kesim frekansını işaretleyiniz. 3. C=100 nf f=100 hz ayarlayınız. Direnç değerlerini 1 kω, 3 kω,., 21 kω, 30 kω,...., 100 kω olarak ayarlayarak çıkış geriliminin tepe değerlerini tespit ediniz ve dirence karşılık gerilim tepe değerleri grafiğini oluşturunuz (tablo 2). Kesim noktasındaki direnç değerini tespit ediniz. 4. R=1 kω f=100 hz ayarlayınız. Kondansatör değerlerini 100 nf, 300 nf,., 2,1 µf, 3 µf,, 10 µf olarak ayarlayarak çıkış geriliminin tepe değerlerini tespit ediniz ve kapasitansa karşılık çıkış gerilimi tepe değeri değişimini gösteren grafiği oluşturunuz (tablo 3). Kesim noktasındaki kondansatör değerini tespit ediniz. Tablo 1 Tablo 2

Tablo 3