MAK108 / GMAK108 Temel Elektrik-Elektronik Bilgisi 1. HAFTA
Yardımcı Kaynaklar - Gazisem Elektronik Mühendisliği Ders Notu, 2015. - Analog Elektronik, 2011. Yazarlar: M. Bereket, E. Tekin - Electric Circuits, 10th Ed. Yazarlar: J. W. Nillson, S. A. Riedel - Fundamentals Of Electric Circuits, 4th Ed. Yazarlar: C.K. Alexander, M. N. O. Sadiku - Schaum s Outlines: Electic Circuits, 4th Ed. Yazarlar: M. Nahvi, J. A. Edminister --- Yrd. Doç. Dr. Mehmet Ekici (mehmet.ekici@amasya.edu.tr) Araş. Gör. Dr. Timur Düzenli (timur.duzenli@amasya.edu.tr)
1. Hafta- İçerik - Atom ve yapısı, İletkenler, Yalıtkanlar, Yarı iletkenler - Elektrik Akımı, Akım Şiddeti, Akım Türleri - Elektriksel potansiyel fark (Gerilim), Gerilimin ölçülmesi - Piller - Dirençler
Atom ve Yapısı - Bir yörüngenin taşıyabileceği maksimum elektron sayısı: 2n 2 (n: yörünge numarası) - Atomda proton sayısı ile elektron sayısı eşittir ve bu durumda atom yüksüzdür. - Elektron kaybetmiş veya kazanmış atomlara iyon denir. - Atomun en son yörüngesine valans yörünge bu yörüngede bulunan elektronlara valans elektron (serbest elektron) denir. - Valans elektronları çekirdeğe zayıf bir şekilde bağlıdır. Atomların valans yörüngelerinde en fazla 8 elektron bulunur ve bu durumda olanlara kararlı atom denir. - Valans yörüngesinde 4 ten az elektron bulunduran atomlar elektron vermeye, 4 ten fazla elektron bulunduran atomlar elektron almaya çalışır.
İletkenler - Elektrik akımını iyi iletirler. - Son yörüngelerinde 1,2,3 elektron bulunur. - İletkenler çok sayıda serbest elektrona sahip olduklarından elektrik akımının kolayca geçmesine izin verirler. - Gümüş, bakır, altın, alüminyum iyi iletkendir. - İletken gazlara örnek olarak argon, neon ve kripton gazlar verilebilir.
Yalıtkanlar - Elektrik akımını iletmezler. Son yörüngelerinde 5,6,7 elektron bulunur. - Cam, porselen, plastik, kağıt, kauçuk ve pamuk vb. maddeler yalıtkandır. Saf su, alkol, benzin ve trafo yağı yalıtkan özelliğe sahiptir.
Yarıiletkenler - Elektrik akımını belli koşullarda iletirler. - Normal koşullarda yalıtkan olan, uygun koşullar sağlandığında iletkenlik özelliği gösteren maddelerdir. - Son yörüngelerine 4 elektron bulunur. - Silisyum ve germanyum yarıiletkenlere örnektir.
Elektrik Akımı Serbest yük taşıyıcılarının bir malzeme içinde belirli bir yönde, belirli bir düzende hareket etmeleridir. Akımın yönü serbest yük taşıyıcılarının hareket yönünün tersi kabul edilir.
Akım Şiddeti Birim zamanda taşınan yük miktarıdır. I = Q t = Coulomb saniye = Amper A
Akım Türleri Doğru Akım (Direct Current, DC) Akımın yönü zamanla değişmiyorsa doğru akımdır.
Alternatif/Değişken Akım (Alternating Current, AC) Akımın yönü zamanla değişiyorsa alternatif akımdır.
Akımın Etkileri - Isı - Magnetik alan - Sıvı ve gaz ortamda parçacık taşınması (elektroliz)
Elektriksel Potansiyel Farkı (gerilim) İki nokta arasındaki yük farkıdır. Elektrik alanı içindeki pozitif birim yükü bir noktadan başka bir noktaya getirmek için yapılan işe denir. Elektromotor Kuvvet (emk) Bir elektrik devresinde elektriksel yük taşıyıcılarının (elektronlar) belirli bir yönde hareketini sağlayan enerji kaynağına denir. Gerilim akımın yönünü belirler. Akım yüksek gerilimden alçak gerilime doğrudur.
Gerilimin etkileri - Akımın yönü - Elektrik devresinin değişik noktalarında değişik potansiyel farkların oluşması
Piller Pil kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Doğru akım üretirler. Bir pil farklı iki metal elektrodu (çinko veya bakır) bir elektrolit (sülfrik asit eriyiği) içine batırılmasıyla elde edilir. oluşan gerilimin değeri iki metalin cinsine bağlıdır. Örneğin elektrolit içine batırılmış bakır arasındaki emk değeri E=e Cu -e Zn =0,34-(-0,76)=1,1 V ve çinko metal elektrotların
Taşınabilir pilleri 3 ana gruba ayırabilmek mümkündür : a- Şarj edilmeyen piller : 1) Çinko karbon (cep fenerleri, radyolar, vs) 2) Alkali mangan (radyolar, oyuncaklar, kameralar, vs) 3) Lityum (uzaktan kumandalar, hesap makineleri, hafıza devreleri, vs) b- şarj edilebilen piller : 1) Nikel kadmiyum ( kablosuz motorlu el aletleri, acil aydınlatma sistemleri, vs) 2) Nikel metal hidrit ( telsiz telefonlar, dijital kameralar, vs) 3) Lityum iyon (cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar, dijital kameralar, vs) 4) Lityum polimer (cep telefonları, akıllı kartlar, vs) c- düğme piller : 1) Gümüş oksit (kol saatleri, hesap makineleri, kameralar, vs) 2) Çinko hava (işitme cihazları, vs) 3) Lityum (fotoğraf makineleri, kol saatleri, taşınabilir bilgisayarlar, vs) 4) Alkali mangan (kol saatleri, işitme cihazları, minyatür el fenerleri,vs)
ELEKTRİK DEVRESİ Elektrik devresi, elektrik akımının yoludur diye tanımlanabilir. Elektrik akımını oluşturan elektrik yükleri, elektrik devresinden geçerek, üretecin elektrik enerjisinin alıcısı da başka bir enerjiye dönüşümünü sağlar. Elektrik enerjisi ile çalışan herhangi bir aygıtın çalıştırılabilmesi için içinden sürekli elektrik akımı geçmesi gereklidir. Enerji kaynağının bir ucundan çıkan elektrik yükleri, bir yol takip ederek, diğer ucuna ulaşırlar. İşte bir elektrik enerjisi kaynağı yardımı ile, bir elektrik aygıtının çalıştırılabilmesi için sürekli elektrik akımının geçtiği yola elektrik devresi denir.
ELEKTRİK DEVRESİ
Elektrik Devresi 1. Üreteç: Çeşitli enerji türlerini elektrik enerjisine dönüştüren devre elemanıdır. 2. Tüketeç: elektrik enerjisini çeşitli enerji türlerine çeviren devre elemanıdır. 3. İletken: elektrik akımını aktaran aygıtlardır.
Açık Devre Devre akımının, isteyerek yada istemeyerek devreden geçmesinin önlediği, devrenin bir noktadan açıldığı durumdur. Açık devre olan ucun direnci sonsuzdur.
Kısa Devre Devre akımının yüke ulaşamadan direncin olmadığı kısa yollardan devresini tamamlamasıdır. Kısa devre olan uçta direnç sıfırdır.
ELEKTRİK DEVRE ÇEŞİTLERİ
Elektrikte Ölçü Birimleri
DİRENÇLER Direnç: Bir malzemenin elektrik akımının geçişine karşı gösterdiği zorluğa direnç, kolaylığa iletkenlik denir. Devreden geçen akımı sınırlandırmak, Bir noktadaki gerilimi ayarlamak için kullanılır Bir iletkenin elektrik akımına gösterdiği zorluk (yani o iletkenin direnci), iletken içinde hareket eden elektronlarla, o iletken içindeki atom ve diğer parçacıklar arasındaki sürtünmelerden meydana gelir.
DİRENÇLER - Bir iletkenin direnci, o iletkenin boyuna, çapına cinsine göre değişir. Bir iletkenin direnci aşağıdaki formülden hesaplanır. R = ρ L S Bu formüldeki harflerin anlamı ve birimleri; R: İletkenin direnci (ohm) L: İletkenin uzunluğu (metre) ρ: İletkenin özdirenci (ohm) S: İletkenin kesiti (mm 2 ) - Direnç; iletkenin uzunluğu ve özdirenci ile doğru, kesiti ile ters orantılıdır.
DİRENÇLER Aşağıdaki tabloda, bazı iletkenlerin özdirençleri gösterilmektedir. Bu tablodaki değerler, iletkenlerin oda sıcaklığındaki (20 C) özdirençleridir.
DİRENÇLER Örnek: Uzunluğu 20 metre, kesiti 2 mm 2 olan bakır telin direncini hesaplayınız. Örnek: Çapı 3 mm ve uzunluğu 50 km olan bakırdan yapılmış hattın direncini hesaplayınız. Önce iletkenin kesitini bulalım daha sonra direnç formülünde yerine koyup bakır iletkenin direncini bulalım.
DİRENÇLER - İletkenin direnci, sıcaklıkla doğru orantılıdır. Buna göre sıcaklık arttıkça iletkenin direnci de artar. - Devre dizaynlarında, dirençler bir bir hesaplanır öyle seçilir. Bu nedenle direnç çok hassas bir noktada bağlı ise ve içinden geçen akım sonucu ısınarak değeri değişmiş ise, devrenin çalışması etkilenebilir. - Dirençlerin üzerinde belirtilen omik değer, oda sıcaklığındaki (20 C o ) direnç değeridir. Aşağıdaki şekilde metallerin direncinin sıcaklıkla değişmesi görülmektedir
Direnç Çeşitleri Değerlerine göre dirençler üç sınıfa ayrılırlar Sabit Dirençler Ayarlı Dirençler Ortam Etkili Dirençler 22 Mayıs 2017 Pazartesi 29
Sabit Dirençler Direnç değeri değişmeyen dirençlere sabit direnç denir. Sembolü aşağıdaki gibidir. 22 Mayıs 2017 Pazartesi 30
Sabit Dirençler Sabit dirençler yapıldıkları malzemeye göre beş çeşittirler. Telli Dirençler Karbon Dirençler Film Dirençler Entegre Dirençler Smd (Yüzey Montajlı) Dirençler 22 Mayıs 2017 Pazartesi 31
Sabit Dirençler Telli Dirençler : Sıcaklıkla direnç değerinin değişmemesi ve dayanıklı olması için nikel-krom, nikel-gümüş ve konstantan gibi metaller kullanılır. 22 Mayıs 2017 Pazartesi 32
Sabit Dirençler Karbon Dirençler : Toz hâlindeki karbon ve reçinenin ısıtılarak eritilmesi yolu ile elde edilir. Karışımdaki karbon oranı direncin değerini belirler. Büyüklüklerine göre 1/8, 1/4, 1/2, 1 ve 2 W güçlerinde; 1Ω dan 22 MΩ'a kadar değerlerde üretilir. 22 Mayıs 2017 Pazartesi 33
Sabit Dirençler Film Dirençler : Metal film direnç olarak ta anılan bu dirençler; Seramik ve metal tozu karışımı bir yapıştırıcı ile hamur hâline getirildikten sonra seramik bir gövdeye şerit hâlinde yapıştırılarak elde edilir. Görünüş olarak Karbon dirençlere benzerler. 22 Mayıs 2017 Pazartesi 34
Sabit Dirençler Entegre Dirençler : Çok sayıda direncin tek bir paket altına alınmasıyla elde edilen direnç türüdür. Bu nedenle sıra direnç olarak adlandırılır. 22 Mayıs 2017 Pazartesi 35
Sabit Dirençler Smd (Yüzey Montajlı) Dirençler : Yüzey montaj teknolojisi (surface mount technology-smt) yüzey montaj elemanlarını devre kartına doğrudan bağlamak için kullanılan teknolojidir. 22 Mayıs 2017 Pazartesi 36
Sabit Dirençler Smd (Yüzey Montajlı) Dirençler : Yüzey montaj teknolojisi kullanılarak devre kartı üzerine doğrudan bağlamak için üretilen dirençlerdir. Boyut olarak çok küçük yapıya sahiptirler 22 Mayıs 2017 Pazartesi 37
Ayarlı Dirençler Direnç değerinin belli bir aralık boyunca ayarlanabildiği dirençlerdir. Bağlandıkları noktanın gerilimini ya da bağlandıkları noktadan geçen akımı ayarlamak için kullanılır. Çeşitleri Trimpot Potansiyometre Reosta 22 Mayıs 2017 Pazartesi 38
Ayarlı Dirençler Trimpot : 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 22 Mayıs 2017 Pazartesi 39
Ayarlı Dirençler Potansiyometre: Devre direncinin çok sık değiştirilmesi gerektiği yerlerde kullanılır. Direnç değerinin değişimi el ile değiştirilmeye müsait ince ayar çubuğu sayesinde yapılır. 22 Mayıs 2017 Pazartesi 40
Ayarlı Dirençler Potansiyometre: Potansiyometreler üç başlık altında toplanır. Bunlar; Lineer potansiyometreler, Logaritmik potansiyometreler, Çok turlu potansiyometrelerdir 22 Mayıs 2017 Pazartesi 41
Ayarlı Dirençler Reosta: Yüksek güçlü devrelerde kullanılan, dolayısıyla üzerinden yüksek akım geçebilen ayarlı dirençlerdir. Direnç ayarı el ile yapılır 22 Mayıs 2017 Pazartesi 42
Ortam Etkili Dirençler Ortamın fiziksel özelliklerinden (ısı, ışık v.b.) etkilenerek direnç değeri değişen Devre elemanlarıdır. Çeşitleri; Isı Etkili Dirençler (Termistörler) Işık Etkili Dirençler (LDR ler) Gerilim Etkili Dirençler (VDR ler) 22 Mayıs 2017 Pazartesi 43
DİRENÇ RENK KODLARI DİRENÇ RENK KODLARI Dirençlerin iki önemli karakteristiği vardır. Bu karakteristikler; a- Direncin omik değeri b- Direncin gücü olarak tanımlanır ve devrede kullanılacak dirençlerin seçiminde bu büyüklükler dikkate alınır. Şimdi sırayla bu büyüklükleri inceleyelim.
DİRENÇLER DİRENCİN OMİK DEĞERİ Dirençlerin omik değerleri ya üzerinde doğrudan doğruya rakamla yazılır ya da renk kodları aracılığı ile belirtilir. Aşağıdaki örnekte direncin omik değeri ve toleransı doğrudan doğruya rakamla yazılmıştır.
DİRENÇLER DİRENCİN OMİK DEĞERİ Diğer grup dirençler ise (genellikle 0,125 ve 0,25 wattlık dirençlerde) omik değer, direncin üzerindeki renk bantlarıyla ifade edilir. Genellikle, dirençlerin üzerinde dört (4) tane renk bandı bulunur. Bu bantların soldan üç tanesi direncin omik değerini; en sağdaki bant ise direncin toleransını verir. Aşağıdaki şekilde direncin üzerindeki bulunan renk bantları görülmektedir:
DİRENÇLER Örnek: Şekilde bant renkleri verilen direncin omik ve toleransını bulunuz.
STANDART DİRENÇ DEĞERLERİ