1. BÖLÜM: ENDÜSTİYEL ELEKTONİK UYGULAMALAI A. ISI VE IŞIK KONTOL ELEMANLAI 1. Isı kontrol elemanları Elektronik devrelerle sıcaklık kontrolü (denetimi) yapabilmek, ortam sıcaklığını belirlemek, alıcıları yüksek sıcaklıktan korumak vb. gibi amaçlar için ısı kontrol elemanları (sensörler ve transdüserler) kullanılır. a. Termistörler (ısıya duyarlı dirençler, ısıl dirençler) Ortam sıcaklığına bağlı olarak direnç değerleri değişen elemanlara termistör denir. Termistörler, nikel oksit, kobalt, manganez oksitleri, bakır, demir, baryum titanit vb. maddelerden yapılmış elemanlar olup, boncuk, disk, rondela vb. şeklinde üretilirler. Uygulamada kullanılan termistörler çeşitli direnç değerlerinde (10 Ω, 100 Ω, 500 Ω, 1000 Ω, 3000 Ω, 5 kω 10 kω, 20 kω) üretilmektedir. PTC ve NTC örnekleri I. PTC (positive temperature confient) Sıcaklık arttıkça direnç değerleri artan ve üzerinden geçirdikleri akımı azaltan elemanlara PTC denir. PTC'ler, otomatik ısı kontrol cihazlarında, sıcaklık ölçme aletlerinde, renkli TV'lerin tüplerinde dış manyetik alanlardan dolayı ortaya çıkan renk karışmalarının önlenmesinde vb. kullanılır. PTC'nin sağlamlık testi Ohmmetreyle yapılan ölçümde soğukta düşük direnç, ısıtıldığında ise yüksek direnç değeri görülmelidir. II. NTC (negative temperature confient) Yapı olarak PTC'ye benzer. Isındıkça direnci azalır ve üzerinden geçirebildiği akım artar. NTC'nin sağlamlık testi Ohmmetreyle yapılan ölçümde soğukta yüksek direnç, ısıtıldığında ise düşük direnç değeri görülmelidir. Yandaki şekilde PTC ve NTC'nin dirençlerinin sıcaklığa bağlı olarak değişimini açıklayan eğriler verilmiştir. PTC ve NTC sembolleri 1 (Ω) NTC PTC T ( C) PTC ve NTC'lerin direnç değerlerinin sıcaklığa göre değişim eğrileri
PTC ve NTC'lerin bazı kullanım alanları Isıya duyarlı devre yapımı, Demanyetizasyon (televizyon ekranlarında görüntü bozulmasının önlenmesi) işlemi, Sıcaklık ölçümü, Transistörlü devrelerde sıcaklık dengeleme, Ölçü aletlerinin korunması, Buzdolaplarında sıcaklık kontrolü, Zaman geciktirme, +12 V Büyük güçlü elektrikli motorların ısıya 3 karşı korunması 1 kω NTC NTC termistörlü soğukta çalışan T 110 kω 2 L devre 110 kω Yandaki şekilde verilen devrede, ortam 110 kω T 2 soğukken NTC'nin direnci yüksek olacağından 1 A T 1 transistörünün beyzine bağlı olan potta BC547 gerilim oluşmaz ve T 1 kesimde kalır. T 1 'in T 1 kesimde olması A noktasındaki gerilimin P BC547 yüksek olmasına neden olur. A noktasının geriliminin yükselmesi T 2 'yi iletime sokar ve 10100 kω led yanar. Ortam ısındığında NTC'nin direnci azalır ve İki transistör ve NTC'li soğukta çalışan devre pot üzerinde oluşan gerilim T 1 'i sürer. T 1 'in iletken olması A noktasındaki gerilimin düşmesine neden olur. A noktasının geriliminin düşmesi ise T 2 transistörünü kesime sokar ve led söner. Termokuplun yapısı Yüksek sıcaklıkları ölçmede kullanılan termokupl örnekleri b. Termokupllar (thermocouple, ısıl çift) Yüksek sıcaklığa sahip bir ortamın (fırın, ocak, kazan vb.) sıcaklık değerini klasik termometrelerle belirleyemeyiz. Bu gibi durumlarda kullanabileceğimiz iki eleman, termokupl temelli ölçme devresi ve direnç temelli (termorezistans) ölçme devresidir. Termokupl temelli ölçme sisteminde ısıyı gerilime çeviren bir yapı vardır. Direnç temelli ölçme sisteminde ise ısıya göre direnci değişen elemanlar mevcuttur. Direnç temelli ölçme sistemi daha çok düşük sıcaklıkların (200 ilâ +850 C) ölçülmesinde kullanılmaktadır. Termokuplun yapısı Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi bir uçları birbirine bağlanmış iki farklı metalin (demir ve 2
konstantan gibi) birleşim yüzeyleri ısıtılarak elektrik akımı elde etmede kullanılan cihazlara termokupl denir. Termokupllar 200 C ilâ +2000 C arasındaki sıcaklık ölçümlerinde kullanılan güvenilir ve ekonomik endüstriyel algılayıcılardır. Termokuplda oluşan elektrik akımı, birleşim noktasının sıcaklığına bağlı olup, metallerin farklı elektriksel ve termik özelliklerinden ileri gelir. Başka bir deyişle, yüksek sıcaklık olan bölümdeki elektronlar yüksek termik enerji içermekte ve bu elektronlar soğuk bölgeye doğru hareket etmektedir. Bu işlem sonucunda ise çıkış uçlarında mikrovolt ile milivolt düzeyinde bir gerilim doğmaktadır. silikon+cam elyaf+kalaylı bakır kılıf silikon+silikon Termokuplun aşınmayı önleyici kılıf içine konması Termokuplların ölçüm yapan kısmı açık (çıplak) olarak fırın içine konmaz. Çünkü, oksidasyon (küflenme) ve diğer dış etkenler elemanı çabuk bozar. Bu nedenle ısıyı algılayan kısım, yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi içine oksidasyonu (küflenmeyi) önleyici gaz doldurulmuş koruyucu boru (kılıf) içine yerleştirilir. Termokuplun ısıya maruz kalan kısmını koruyan silindirik yapılı tüp 1200 C'a kadar metalden, 1200 C'ın üzerindeki sıcaklığın söz konusu olduğu yerlerde ise seramik malzemeden üretilir. Koruyucu tüplerin bağlandığı alüminyum dökümden üretilmiş kafa kısmında termokupl telleriyle kompanzasyon (dengeleme) kablosunun bağlantılarının yapıldığı terminaller bulunur. Termokuplda üretilen gerilimin, ölçümü yapan cihaza kadar ulaştırılmasında yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi özel yapılı kablolar kullanılır. Kullanılan kabloların yalıtkan tabakası ısıya dayanıklı silikonkauçuk, cam elyafıasbest vb. gibi malzemelerden üretilir. Termokupl seçimi rastgele değil, ölçülecek olan sıcaklığın değeri gözönüne alınarak yapılır. Şöyle ki; plastik üretim endüstrisinde sıcaklık 0 ilâ 400 C arasında, demir çelik sanayiindeki sıcaklık ise 0 ilâ 1800 C arasındadır. Bu sıcaklık farklılığı nedeniyle seçilecek termokupl da ayrı tipte olacaktır. Örneğin düşük sıcaklıkların ölçümünde kromelkonstantan, demirkonstantan, bakırkonstantan ikilisiyle yapılmış termokupllar kullanılır. Yandaki şekilde termokuplun ölçme sistemine bağlanışı gösterilmiştir. Termokuplun ürettiği gerilimin ölçme düzeneklerine ulaştırılmasında kullanılan yüksek sıcaklığa dayanıklı kablolara ilişkin örnekler terminal kutusu terminal terminal soketi bağlantı aracı tutturma borusu ısıya dayanıklı kablolar dış koruyucu tüp iç koruyucu tüp izolatör termokupl bağlantı kutusu C analog ya da dijital yapılı gösterge 3 Termokuplun ölçme düzeneğine bağlanışının basit olarak gösterilmesi
Uygulamada kullanılan bazı termokupl tipleri Bakırkonstantan birleşimi termokupl Demirkonstantan birleşimi termokupl Nikel kromnikel birleşimi termokupl Platin radyumplatin birleşimi termokupl Kromelkonstantan birleşimi termokupl Kromelalumel birleşimi termokupl Çeşitli tip termokuplların kullanıldığı sıcaklıklar Termokupl tipi Sıcaklık CuCuNi 200 ilâ +300 C FeCuNi 200 ilâ +800 C NiCrNi 0 ilâ +1200 C Termokuplların kullanım alanları Termokupllar uygulamada çok yüksek sıcaklıkların ölçülmesinde kullanılır. Yani, demirçelik, çimento, seramik, cam, kimya, petrol, gıda, kâğıt vb. sektörlerde termokupllu sıcaklık ölçme düzeneklerine rastlarız.. koruyucu boru bağlantı başlığı ezistans (direnç) tipi sıcaklık sensörleri Bütün metaller elektrik akımını az ya da çok iletir. İletkenlerin her birinin akıma karşı gösterdiği direnç değeri farklı olmaktadır. Bir metalin akıma karşı gösterdiği direnç değeri, = ρ.l / S [Ω] denklemiyle bulunur. Denklemde, ρ (ro): Maddeye göre değişen özdirenç değeri, l: Uzunluk, S: Kesit [mm 2 ]'dir. Direnç değişimine göre sıcaklık ölçümünde kullanılan metaller genellikle, platin ve nikeldir. Bu metallerin avantajı direnç değişim karakteristiklerinin iyi olmasıdır. Başka bir deyişle platin, yüksek özdirence sahip olması nedeniyle değil, çalışmasındaki dengesi sebebiyle direnç termometrelerinde kullanılan standart bir metaldir. Platin ve nikelden yapılmış rezistans termometrelerin özellikleri şöyledir: PT100 Ölçme sahası 200 ilâ +550 C Direncin değişimi (Ω/ C) 0,42...0,39...0,32 NI 100 Ölçme sahası 60 ilâ +180 C Direncin değişimi (Ω/ C) 0,47...0,55...0,81 Yarı iletken maddelerden yapılan ısıya duyarlı devre elemanları Yarı iletken temelli sıcaklık algılama sensör ve transdüserleri germanyum, silisyum gibi maddelerden üretilirler. Yapı olarak mercimek kondansatör ya da plastik gövdeli transistörlere benzerler. PTC, NTC, termokupl gibi elemanlarla çok düşük sıcaklık değişimlerini doğru olarak algılamak mümkün değildir. İşte bu noktadan hareketle hassas sıcaklık algılama işlemlerinde yarı iletkenlerden yapılmış kaliteli elemanlar kullanılır. 4 sıcaklıkla direnci değişen eleman (direnç) ezistans tipi sıcaklık sensörünün yapısı
Yarı iletkenden yapılmış ısıya duyarlı eleman örnekleri I. LM 35 (kılıf 1) Isıya bağlı olarak gerilim üretir. 55 C ilâ +l50 C'lık sıcaklıkların algılanmasında kullanılır. Her 1 C'lık sıcaklık artışında yaklaşık 10 mv üretir. V besleme kılıf 1 V çıkış şase kılıf 2 II. LM235 (kılıf 2) LM35 ve LM235 tipi sıcaklık algılayıcılarının ayaklarının dizilişi Isıya bağlı olarak gerilim üretir. 40 C ilâ +125 C'lık sıcaklıkların algılanmasında kullanılır. Her 1 C'lık sıcaklık artışında yaklaşık 10 mv üretir. Termistörlü sıcaklık kontrol devreleri Endüstriyel uygulamalarda sıcaklık derecesinin ölçülmesi için bir çok düzenek mevcuttur. Sıcaklık ölçümünde kullanılan bazı elemanlar: PTC, NTC, yarı iletken ısı sensörü, dıştan ısıtmalı bimetal, direnç teliyle ısıtmalı bimetal, kuyruklu (gazlı) termostat ve termokupldur. I. Dijital yapılı sıcaklık ölçme devresi Aşağıdaki şekilde verilen devrede sıcaklık, KTY10 adlı NTC termistörü tarafından algılanıp ICL 7106 entegresine elektrik sinyali olarak uygulanır. ICL 7106 entegresinin içinde analog/ dijital çevirici (ADC) ve display sürücü devreleri mevcuttur. Bu sayede ortam sıcaklığı göstergede (display) okunabilir. Devrede kullanılan 1 trimpotu devre için referans gerilim V besleme U çıkış adj. (ayar) şase adj. (ayar) alt alt alt alt KTY10 (NTC) 1,5 k 150 k 5,6 k 100 pf 100 k 470 k 100 k 1 2 100 k 220 k 10 nf 220 nf 100 k 100 nf S 9 V ICL 7106 100 nf IC 4030 3,5 hâneli standart LCD display Dijital yapılı sıcaklık ölçme devresi 5
ayarını yapar ve "mv/ C" oranını belirler. 2 trimpotu giriş düzeyini ayarlamaya yarar. Devrenin doğru çalışabilmesi için 1 ve 2 trimpotları çok hassas ayarlanmalıdır. Sıcaklık ölçme devresi 40 ilâ +125 C arasındaki değerleri ölçebilir. Devrenin harcadığı enerjinin minimum seviyede olabilmesi için LCD gösterge kullanılmıştır. Devrede ledli display (anodu şase tip yedi parçalı gösterge) kullanılmak istenirse ICL 7107 entegresi kullanılmalıdır. Bu iki entegrenin ayak bağlantıları tamamen aynıdır. II. Sıcaklığı gerilime çeviren devre Aşağıdaki şekilde verilen devrede ortam ısındıkça NTC'nin direnci azalır ve üzerinde oluşan gerilim düşer. Bunun sonucunda opampın 2 numaralı girişinin gerilimi azalır. 741'in 3 numaralı girişinin gerilim değeri sabit olduğundan, iki giriş ucu arasındaki gerilim farkı büyür. Giriş gerilimleri arasındaki farkın büyümesi çıkış geriliminin seviyesini yükseltir. Çıkışın yükselmesi ise tetiklenen sistemde (ampermetre, voltmetre, analogdijital çevirici vb.) değişikliğe neden olur. 470 Ω 10 k 100 nf +12 V 10 k zener diyot 6,8 V 10 k 100 k 100 k 2 7 741 +3 4 680 Ω 6 V çıkış 0,5 V/ C 10k T 110k 680 k Sıcaklığı gerilime çeviren devre Dijital yapılı sıcaklık ölçme aygıtı III. Dijital yapılı sıcaklık ölçme aygıtı Santigrad ( C) cinsinden sıcaklık ölçümü için üretilmiş cihazdır. Prob içindeki sensör NiCr Ni tipidir. Ölçme sınırları, 01200 C arasında değişmektedir. Not: Yukarıdaki şekilde görülen aygıt, Meter firmasınca üretilen D145MF model portatif sıcaklık ölçme cihazı için geçerlidir. Motor ve transformatör gibi aygıtların aşırı sıcaktan korunması Üç fazlı asenkron motorların büyük güçlü ve pahalı modellerinin arızalanmasını (sargılarının yanmasını) önlemek için termistörlerden de yararlanılır. Korunacak motorun statorunun oyuklarına yerleştirilmiş olan sargıların arasına konulan termistörler yüksek sıcaklık oluşması durumunda elektronik devreyi çalıştırarak motorun durmasını sağlar. stator sargı oyuklarına konulan termistör Isıya duyarlı elemanın stator oyuğuna yerleştirilmesi 6
I. Termistörlü (PTC, NTC) motor koruma rölesi Termistörlü motor koruma rölesinde alıcıya kumanda eden kontaktörün devre dışı edilmesini sağlayan sistem elektronik yapılı bir devredir. Küçük güçlü ve ucuz tipdeki motorlarda termistörlü koruma rölesi yoktur. Bu yöntem daha çok büyük güçlü, hassas ve pahalı motorların korunmasında kullanılmaktadır. M AA 0 elektronik devreli röle I c. Termostatlar Isı etkisiyle kontakların konum değiştirmesini sağlayan cihazlara termostat denir. Bu elemanlar, ısıtma, soğutma, havalandırma vb. yerlerde sıcaklık derecesini istenilen değerde tutmak amacıyla kullanılırlar. M M 3xPTC Mp Termistörlü motor koruma rölesinin devreye bağlantısı ayar düğmesi Mekanik yapılı (bimetalli) oda termostatı Termostatlar kullanıldıkları yere göre üçe ayrılır: I. Oda termostatı, II. Sıvı termostatı, III. Katı madde termostatı Oda termostatları ortam sıcaklığının sabit tutulmasını kontrol etmede kullanılırlar. Bunlar, gazlı, bimetalli ya da elektronik yapılı olabilir. Sıvı termostatları akışkan özellikli (sıvı) maddelerin sıcaklığının kontrol edilmesinde kullanılır. Yapıları oda termostatlarıyla hemen hemen aynıdır. Katı madde termostatları alternatör ve pahalı tip motorların sargılarının yüksek sıcaklıklardan korunmasında, sıcaklık ölçme, kontrol cihazlarında vb. kullanılırlar. Mekanik yapılı termostatlar yapıları bakımından üçe ayrılır. Bimetalli termostatlar Isıtıldığında genleşme katsayıları farklı olan iki ince metal plaka birbirine yapıştırılarak bimetal elde edilir. Birbirine yapıştırılmış olan metalleri A ve B olarak adlandıralım. Bu birleşime ısı verdiğimiz 7 Direkt ısıtmalı, bimetalli termostat
şebekeden şebekeden kontak bimetal kontak ısıtıcı direnç bimetal bimetal bimetal alıcıya soğuk durum alıcıya (a) (b) (c) (ç) sıcak durum a. Direkt ısıtmalı tip bimetalin yapısı b. Endirekt ısıtmalı tip bimetalin yapısı c. Endirekt ısıtmalı bimetalin görünüşü ç. Bimetalin soğuk ve sıcak ortamdaki davranışı bimetal kontak bimetal ısı V alıcı sıcaklık ayar vidası V alıcı Bimetalin ısı ile bükülüşü zaman genleşme katsayısı yüksek olan metal fazla uzamak ister. A ve B birbirine yapışık olduğundan çok uzayan metal kısa kalan metalin üzerine doğru eğilir. İşte bu prensip, maliyeti ucuz, termostatların yapılmasını sağlamıştır. Yukarıdaki "a" şeklinde ütü, elektrik sobası, saç kurutma makinesi vb. gibi cihazlarda kullanılan direkt ısıtmalı tip bimetalli termostatın yapısı verilmiştir. Bu modelde bimetal dışardan gelen ısıyla bükülerek kontakların konumunu değiştirmektedir. Yukarıdaki "b" ve "c" şekillerinde termik aşırı akım rölelerinde kullanılan endirekt ısıtmalı tip bimetalli termostat (ya da termik aşırı akım rölesi) verilmiştir. Bu tip termostatlarda bimetal küçük güçlü bir ısıtıcının içine yerleştirilmiştir. Alıcının çektiği akım normal sınırlar içindeyken rezistans az ısındığından bimetal bükülmez. Alıcının çektiği akım artacak olursa rezistanstan geçen akımın artması bu elemanda oluşan sıcaklığı artırır. Bunun sonucunda bimetal bükülerek kontaklarını konumunu değiştirir. Bimetalli termostatlarda ısı ayarını yapabilmek için bir düğme (ayar vidası) mevcuttur. Bu vida saat ibresi yönünde çevrildiği zaman, düğmenin uç kısmı bimetale yaklaşır. Bu da bimetalin daha yüksek sıcaklıkta devreyi açmasına neden olur. Yandaki şekilde bimetalli oda termostatının iç yapısı ve devreye bağlantısı verilmiştir. Bu eleman oda sıcaklığını istenilen değerde tutmak için kullanılır. Termostatlı ısıtıcı çalıştırıldığı zaman, ortam soğukken alıcı çalışmaya başlar. Bu sırada termostat üzerindeki birinci lamba yanar. Ortam sıcaklığı istenen değere yükseldiğinde bimetal bükülerek kontakların konumunu değiştirir. Mp bimetal kontaklar lamba1 lamba2 ısıtıcı Bimetalli oda termostatının devreye bağlanışı 8
Gazlı (körüklü, kuyruklu) termostatlar Gazlı termostatlar hızlı genleşen gazın bulunduğu hazne, körük ve kontaklardan oluşur. Termostatın haznesi, sıcaklığı kontrol edilecek bölgeye monte edilir. Hazne içinde 12, N2 ya da başka bir gaz bulunur. Ortam soğuyunca gazın hacmi azalır. Esnek yapılı körük içeri çekilerek kontakların konumunu değiştirir. Ortam ısınınca ise gaz genleşerek körüğü şişirir ve kontaklar tekrar eski konumuna gelir. Yandaki şekilde gazlı (kuyruklu) termostatlar kullanılarak soğutucunun kontrolüne ilişkin şema verilmiştir. gaz haznesi kontak uçları buzdolabının buzluk bölümü kontaklar gaz haznesi Gazlı (kuyruklu) termostatların yapısı kontaklar körük gaz haznesi gaz haznesi gazlı termostatın körük ve kontak bölümü Civa tüplü bimetalli termostatlar Yandaki şekilde görüldüğü gibi bu tip termostatlar içerisinde kontaklar ve civa bulunan cam tüp ile spiral şeklindeki bimetalden oluşur. Ortam soğukken spiral biçimindeki bimetal kıvrılarak civanın iki kontağı birbirine bağlamasını sağlar. Bu durumda cam hazneden gaz haznesi Gazlı termostatın soğutucu motorunu kontrol edişi bimetal şerit kontaklar açık motor Cam tüplü ve bimetalli termostatın yapısı akım geçer. Ortam ısındığında bimetalden yapılmış spiral açılarak cam hazneyi dikey hâle getirir. Bu durumda civa akarak akım geçişini sona erdirir. 2. Işık kontrol (fotoelektrik) elemanlarının tanıtılması ve incelenmesi İnsan gözü, dalga boyu 380 nanometreden 780 nanometreye kadar olan elektromanyetik dalgaları ışık olarak algılar. Gözün en yüksek duyarlılığı yeşil ile sarı renkleri arasındadır. Ultraviyole (mor ötesi), ve enfraruj (kızıl ötesi) ışınlar ise insan gözü tarafından algılanamaz. 220 V Aydınlatma şiddeti kavramı Işık akısının, dikey olarak aydınlanan yüzeye oranına aydınlatma şiddeti denir. Aydınlatma 9
şiddetinin birimi lux'tür. (Lux: ışık, parlaklık) a. LD'ler (light dependent resistance, fotodirenç) Işıkta az direnç, karanlıkta yüksek direnç gösteren devre elemanlarına LD denir. Başka bir deyişle aydınlıkta LD'lerin üzerinden geçen akım artar, karanlıkta ise azalır. LD lerin karanlıktaki dirençleri yaklaşık 1 MΩ aydınlıktaki dirençleri ise 100 Ω ile 5 kω düzeyindedir. Yandaki şekilde LD'lerin direncinin ışığa göre değişimine ilişkin eğri verilmiştir. LD'ler, CdS (kadmiyum sülfür), CdSe (kadmiyum selinür), selenyum, germanyum ve silisyum vb. gibi ışığa karşı çok duyarlı maddelerden üretilmektedir. LD yapımında kullanılan madde, algılayıcının hassasiyetini ve algılama süresini belirlemekte, oluşturulan yarı iletken tabakanın şekli de algılayıcının duyarlılığını etkilemektedir. LD'ye gelen ışığın kozmik ışınlar gamma ışınları odaklaşmasını sağlamak için üst kısım cam ya da şeffaf plastikle kaplanmaktadır. LD'ler çeşitli boyutlarda üretilmekte olup, gövde boyutları büyüdükçe güç değeri yükselmekte ve geçirebilecekleri akım da artmaktadır. Uygulamada yaygın olarak kullanılan bazı LD tipleri: LD03, LD05, LD07, OP60... LD'ler, endüstriyel kumanda sistemlerinde, otomatik gece lambalarında, dijital sayıcılarda, brülörlerde, kanın renk yoğunluğunu belirleyen tıbbî cihazlarda, flaşlı fotoğraf makinelerinde, hareket dedektörlerinde, zil butonlarında vb. kullanılırlar. b. Fotodiyotlar (photodiode, ışığa duyarlı diyot) Üzerine ışık düştüğünde iletken olarak katot ucundan anot ucuna doğru akım geçiren elemanlardır. Fotodiyotlar doğrultmaç diyotlarına benzerler. Tek fark fotodiyotların birleşim yüzeyinin aydınlatılmış (ışık alabiliyor) olmasıdır. Bu elemanlar devreye ters bağlanırlar ve ışık ile ters yöndeki sızıntı akımlarının artması suretiyle kontrol yaparlar. Bu kontrol, ışıkla yarı iletkenin kristal yapısındaki bağların bazı noktalarda kopması sonucu elektron ve oyukların hareketiyle doğan akımın çoğalmasıyla olur. Fotodiyotlarda mercekli kısma gelen ışığa göre katotdan anota doğru akan düşük değerli akım değişir. Geçen akım, ışığın şiddetine bağlı olarak 100 µa150 ma, gerilim ise 0,140,15 10 röntgen ışınları LD sembolleri ultraviyole ışınlar ışık enfraruj ışınlar radyo dalgaları Elektromanyetik ışınlar ve dalga boyları 1 MΩ 10 kω 100 Ω LD örnekleri (Ω) 1 10 100 alternatif akım ışık şiddeti lux LD'nin direncinin ışığın şiddetine göre değişim eğrisi
ışık mercek gövde PN eklemi V = 12 V 10 kω K A 40 35 30 25 20 15 10 5 I ters (µama) ışık şiddeti lüks (lux) 5 10 15 20 25 30 35 40 Fotodiyodun yapısı Işığa bağlı olarak fotodiyodun üzerinden geçen akımın eğrisi K K BPW34 BP104 BPX633 BPW43 A A Fotodiyot sembolleri Çeşitli fotodiyotlar volt arasında değişmekte olup çok küçüktür. Fotodiyotların çalışma hızı son derece yüksektir (yaklaşık 1 ns ile 0,2 µs). Bu hızlı davranışları ve boyutlarının küçük olması sayesinde fiber optik kabloyla veri iletiminde kullanılmaktadırlar. Bu elemanlar, hem bir gerilim üreteci hem de ışık algılayıcı olarak kullanılabilir. Fotodiyotlar enfraruj ışınlara karşı da duyarlıdır. Bunu sağlamak için, diyodun gövdesindeki alıcı kısmın merceği renkli cam ya da plastikten yapılarak normal ışınların etkide bulunması önlenir. + Yaygın olarak kullanılan fotodiyot tipleri: BPW12, + BPW20, BPW30, BPW33, BPW34, BPW63, BPW65. c. Fotopiller (solar cell, fotosel, güneş pili, photo voltaic cell) Güneş enerjisini (gün ışığını) elektrik enerjisine dönüştüren elemanlara fotopil denir. Fotopillerin yapısı ve çalışması şöyledir: Foton absorblanmasıyla (emilmesiyle) oluşan yük taşıyıcılar çoğunlukta oldukları bölgelere sürüklenirler. Birleşim yüzeyinden "I" akımı geçer ve N tipi madde eksi (), P tipi madde ise artı (+) yüklenmiş olur. I akımı, birleşim yüzeyinin ileri yönde kutuplaşmasına ve birleşimin gerilim settinin alçalmasına neden olur. Dış devre açık ise (alıcı yoksa) P den N ye akım geçer ve birleşim Fotopiller ve fotopil paneli yüzeyindeki gerilim setti tekrar yükselir ve P bölgesi eksi (), N bölgesi artı (+) yüklenir. Sonra tekrar foton absorblanarak olay devam eder. Dış devreden akım çekilirse PN birleşim yüzeyindeki potansiyel, elektronları daha yüksek 11 Fotopil sembolleri
potansiyele çıkaran batarya (pil) rolü oynamaktadır. Enerjisi yeterli bir ışık demeti PN birleşim yüzeyine düşürülecek olursa, foton, elektronlarla karşılaşıp enerji verebilir. Serbest hâldeki elektronlar valans elektronlarının ancak 1/10 4 'ü kadar olduğundan, bu ihtimal zayıftır. Foton, muhtemel (olası) valans elektronu ile karşılaşır ve ona enerjisini bırakarak iletkenlik bandına çıkarır. Valans bandına çıkan elektron arkasında bir boşluk (artı yük) bırakır. Sonuç olarak P tipi bölge artı (+), N tipi bölge eksi () yüklenerek bir elektriksel potansiyel farkının oluşmasına yol açar. Bu da elektrik akımını doğurur. Foton akısı, birim yüzeyden, birim zamanda geçen foton sayısı olarak tanımlanır. Işık ışınları (fotonlar) fotopil üzerine düştüğünde küçük yarı iletken temelli hücrelerde yaklaşık 0,40,5 V ve 8100 miliamperlik akımın oluşmasını sağlarlar. Güneş pilleriyle 3 V gerilim elde etmek isteniyorsa 6 tanesi birbirine seri olarak bağlanır. Sistemden alınan akım yükseltilmek istendiğinde ise, elemanlar paralel bağlanır. Yüksek gerilim ve akım elde etmek için yapılmış güneş enerjisi panellerinde yüzlerce güneş pili seriparalel bağlı durumdadır. Güneş pili üzerine düşen ışığın şiddeti bir noktadan sonra artırılsa da (örneğin 4000 lux ten sonra) alınan gerilim sabit kalmaktadır. Bu elemanlar, güneş ışığıyla çalışan, saat, radyo, TV, hesap makinesi, otomobil, sokak lambası, uydu vericisi, uçak vb. gibi aygıtlarda kullanılmaktadır. ışık şeffaf yalıtkan yüzey ince metal ızgara kadmiyum (fosfor karışımlı) selenyum (bor karşımlı) gövde Fotopilin yapısı Güneş pili paneliyle çalışan televizyon ç. Fototransistörler (phototransistor) Beyz ucuna ışık düştüğünde CE arasından akım geçişini sağlayan elemanlardır. Fotodiyotlardan farklı olarak ışıkla üretilen akımı yükseltme yaparlar. Bu özellikleri sayesinde fotodiyotlardan çok üstündürler. Üç yarı iletkenin birleşiminden oluşan fotodiyot ışık B C E fototransistörlerin CB uçları arasına bağlanmış olan fotodiyoda yandaki şekilde Fototransistör sembolleri Fototransistörün yapısı görüldüğü gibi ışık enerjisi (foton) gelebilmesi için beyz ucunun bulunduğu kısma mercek şeklinde cam yerleştirilmiştir. Mercek, ışığın içeriye odaklanarak girmesini sağlamaktadır. Fototransistörler iki ya da üç bacaklı olarak üretilir. Üç bacaklı olan modellerde mercek boyanacak olursa eleman normal transistör hâline geçer. Mercek boyanmaz ve beyz ucu da devreye bağlanacak olursa beyze iki etki söz konusu olacağından CE arasından geçen akımın miktarındaki değişme daha fazla olur. İki bacaklı fototransistörlerde (kullanım kolaylığı bakımından) beyz ucu dışarıya çıkarılmaz. Bu elemanlar, TV, video, müzik seti, klima gibi cihazların uzaktan kumanda devrelerinde, gün ışığına duyarlı olarak çeşitli aygıtların ve alarm sistemlerinin çalıştırılmasında vb. kullanılmaktadır. Fotodiyotların üzerinden geçirebildiği akım mikroamper (µa) düzeyindedir. 12
Fototransistörler ise miliamper düzeyinde bir akım geçişini mümkün kılarlar. Akımın büyük olması başka bir devreyi çalıştırmada (sürmede) kolaylık sağlar. Fototransistör örnekleri Darlington fototransistör sembolü Bazı fototransistörler: BP103B, BPW40, SFH309, BPY622, BPX99... BP103B tipi fototransistörün karakteristik özellikleri: Kolektöremiter gerilimi (V CE ): 35 V, Kolektör akımı (I C ): 100 ma, Kolektöremiter sızıntı akımı (I CEO ): 5 na. Darlington fototransistörler Bir fototransistör ile normal transistörün arka arkaya bağlanmasıyla elde edilen devre elemanlarına darlington fototransistör denir. Bu elemanların ışığa karşı duyarlılıkları normal fototransistörlere oranla çok fazladır. Işık kontrollü devre örnekleri I. Kaskad bağlantılı karanlıkta çalışan devre Yandaki şekilde verilen devrede LD'ye ışık gelince direnci azalır ve üzerinden geçirdiği akım artar. LD'den geçen akımın pot üzerinde oluşturduğu gerilim T 1 transistörünü iletime sokar. T 1 iletime geçince A noktasındaki gerilim azalır ve T 2 kesime gider. Ortam karardığında LD akım geçirmez. T 1 kesime gider. A noktasının gerilimi yükselir. T 2 iletime geçer ve led yanar. Not: Led yerine röle bağlanacağı zaman 1 kω'luk 3 direnci iptal edilir. II. Darlington bağlantılı karanlıkta çalışan devre Yandaki şekilde verilen devrede ortam karardığında LD'nin direnci artar. Direncin artması bu eleman üzerinde oluşan gerilimin yükselmesine neden olur. LD'de düşen gerilimin yükselmesi T 1 ve T 2 transistörlerini iletime sokar. İletime geçen transistörler röleyi çalıştırır. Ortam aydınlandığında LD'nin direnci düşer. Üzerinde oluşan gerilim azalır. Transistörler kesime gider. Pot ile devrenin ışığa duyarlılık derecesi değiştirilebilir. 1 P 100 k 10 k 2 A BC547 T 1 10 k 3 BC547 +12 V 1 k led T 2 Kaskad bağlantılı karanlıkta çalışan devre 470 k 33 k P T 1 röle T2 2x BC547 +12 V 1N4001 Darlington bağlantılı karanlıkta çalışan devre 13
III. Fotodiyotlu basit devre Yandaki şekilde verilen devrede fotodiyoda ışık geldiğinde üzerinden geçirdiği akım artar. Bundan dolayı transistörün beyzine giden akım azalır ve bu eleman kesime gider. Transistörün kesime gitmesiyle V çıkış gerilimi maksimum olur. Ortam karardığında ise fotodiyot kesime, transistör iletime geçeceğinden V çıkış gerilimi en düşük (minimum) değere iner. Çıkışa bir led ya da röle bağlanacak olursa karanlıkta çalışan devre elde edilir. IV. Fototransistörlü basit ışığa duyarlı devre Yandaki şekilde verilen devrede ortam aydınlıkken fototransistör iletimde olduğundan V çıkış gerilimi çok küçüktür Ortam karardığında fototransistör kesime gider ve V çıkış gerilimi maksimum değere yükselir. Çıkışa (AB arasına) bir led bağlanacak olursa ışıkta çalışan devre elde edilir. V. Fototransistörlü ışığa duyarlı devre Yandaki şekilde verilen devrede fototransistöre ışık geldiğinde bu eleman iletime geçerek BC547 transistörünü iletime sokar. BC547 iletim + 912 V olunca röle çeker ve lamba yanar. Fototransistöre gelen ışık kesildiğinde röle ilk hâline geri döner. 1 trimpotuyla devrenin çalışması istenen aydınlık şiddetinin değeri ayarlanabilir. Görüldüğü üzere verilen devre gün ışığına duyarlı olarak çalışmaktadır. Bu devrenin sadece enfraruj ışınlara karşı duyarlı olmasını istersek fototransistörün mercek kısmını koyu renk şeffaf plastik ile kapatmamız gerekir. Bunu yaptığımız zaman fototransistör sadece enfraruj diyotlu vericiler tarafından yayılan ışınları algılar. Örneğin bir odaya alarm kurmak için ne yapmamız gerektiğini düşünelim. Bu işlem yapılırken odanın bir tarafına yandaki şekilde verilen enfraruj diyotlu verici devresi monte edilir. Bu vericinin tam karşısındaki duvara ise fototransistörlü devre yerleştirilir. İki devre arasına bir cisim girdiği anda fototransistöre gelen enfraruj ışınlar kesilir. Bu ise, fototransistörün BC547 transistörünü kesime sokmasına yol açar. Kesime giden BC547 rölenin kontaklarının konumunu değiştirir ve yanmakta olan lamba söner. 100 k470 k 22 kω fotodiyot BC237 Fotodiyotlu ışığa duyarlı devre fototransistör +12 V 1k 1k V çıkış V çıkış +12 V A B Fototransistörlü basit ışığa duyarlı devre Fototransistörlü basit ışığa duyarlı devre + 912 V 220 Ω 220 Ω 10 k 10 k 470 n 470 n Astable multivibratörlü basit enfraruj verici devresi 14
Arka sayfada verilen astable multivibratörlü enfraruj verici devresinde transistörler sırayla iletim kesim olarak A noktasında kare şeklinde bir sinyal oluşturur. A noktasında oluşan sinyal sayesinde enfraruj diyot belli frekansta bir ışın yayar. Enfraruj ledin yaydığı ışının frekans değeri P ile değiştirilebilir. d. Optokuplörler (optik kuplaj, optoizolatör, optik bağlaç) Işık yayan eleman ile ışık algılayan elemanın aynı gövde içinde birleştirilmesiyle elde edilen elemanlara optokuplör denir. Bu elemanlarda ışık yayan eleman olarak led, enfraruj led kullanılırken, ışık algılayıcı olarak fotodiyot, fototransistör, fototristör, fototriyak vb. gibi elemanlar kullanılır. Optokuplörler daha çok, ışık yoluyla iki ayrı özellikli devre arasında elektriksel (galvanik) bağlantı olmadan irtibat kurulmasını sağlayan devrelerde kullanılır. Şöyle ki; düşük gerilimle çalışan bir devre ile yüksek gerilimli bir güç devresine optokuplör aracılığıyla kumanda edilebilir. Uygulamada kullanılan bazı optokuplörlerin iç yapısı Optokuplörler 2000 V 5000 V'luk gerilimlere dayanıklı olduğundan en hassas kontrol sistemlerinde güvenle kullanılır. Burada verilen voltaj (gerilim) değerleri iki ayrı özellikli devrenin birbiri arasında akım geçişinin olabilmesi için uygulanması gereken değeri belirtir. Şöyle ki; kumanda devresi 5 V ile çalışsın. Bu devrenin tetikleme akımı göndermesiyle enfraruj led ışın yayarak karşısında bulunan ışığa duyarlı elemanı tetikler. Tetiklenen eleman ise iletime geçerek yüksek voltajlı devrenin çalışmasını sağlar. Optokuplörler, TV, bilgisayar, PLC cihazı, fotokopi makinesi vb. gibi cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. yarık enfraruj led fototransistör fotodiyot yüzeyden yansıyan sinyallerle çalışan optointerraptır fototransistör enfraruj diyod ışın yansıtıcı yüzey fototransistör Optointerraptırların yapısı 15 delikli diskin optointerraptır yarığındaki hareketi
e. Optointerraptırlar (optointerrupter, açık tip optokuplör) Optointerraptırlar optokuplörlere çok benzeyen devre elemanlarıdır. Tek fark, ışık yayan eleman ile ışığı algılayan eleman arasına bir cisim girmesi mümkün olacak şekilde (açık gövdeli) dizayn edilmiş olmalarıdır. Bu elemanlarda ışık yayan elemana akım uygulandığında oluşan ışık, algılayıcıya ulaşır. Algılayıcının çıkışında maksimum değerde akım oluşur. Araya bir cisim girdiğinde ışık geçişi sona ereceğinden algılayıcı elemanın çıkış akımı da sıfır olur. Optointerraptırlar, bilgisayar faresi (mouse), robot kontrol devresi, fotokopi makinesi vb. gibi cihazlarda kullanılmaktadır. B. TANSİSTÖ UYGULAMALAI 1. Transistörlü anahtarlama devrelerinin incelenmesi ve uygulanması 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. B C E NPN PNP Yüzey temaslı transistörlerin yapısının basit olarak gösterilmesi NPN ve PNP transistör sembolleri Transistör örnekleri 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, kontrol şeklindedir. NPN tipi transistörlerin yapısı 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 elektron oyuk geçişini kontrol etme bakımından görev yapmaktadır. Transistörleri musluğa (vana) benzetmek mümkündür. Musluk, akan sıvıyı denetler (ayarlar). Transistör ise kolektör (C) kolektör (C) geçen akımı denetler. Bu özelliği N sayesinde küçük akımlar aynı biçimde P olmak kaydıyla büyütülebileceği gibi, küçük bir akım ile büyük bir alıcının çalışması da sağlanabilir. P N N PNP tipi transistörlerin yapısı PNP transistör yapılırken iki adet P tipi özelliğe sahip yarı iletken malzemenin arasına ince bir katman hâlinde N tipi beyz (B) emiter (E) 16 NPN transistörlerin yarı iletken yapısı beyz (B) emiter (E) P PNP transistörlerin yarı iletken yapısı
malzemeden beyz tabakası yerleştirilmiştir. Araya yerleştirilen beyz tabakası iki büyük tabaka arasındaki elektron oyuk geçişini kontrol etme bakımından görev yapmaktadır. Yükselteç olarak kullanılan transistörler Transistörler kullanılarak teyplerin okuyucu kafası, mikrofon vb. gibi düzeneklerin ürettiği zayıf elektrik sinyalleri güçlendirilebilir. B C çıkış 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 C giriş Yükseltilecek sinyal buradan uygulanır. V giriş DC polarma direnci Yükseltilmiş sinyal buradan alınır. devresi konulur. Aşağıdaki şekilde NPN transistörün yükselteç olarak çalıştırılmasına ilişkin temel devre verilmiştir. Not: Transistörlü yükselteç devreleri hakkında ek bilgi alabilmek için temel elektronik kitabına bakınız. Anahtar (onoff elemanı) olarak kullanılan transistörler Transistörün kesim (yalıtım) ve doyum (tam iletim) durumunda olması, elemanın anahtarlama yapıcı olarak çalıştırılmasıdır. Aktif bölgedeki 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 açma kapama sürelerinin kısa olması çok önemlidir. Alıcıları mekanik anahtarlarla ve şalterlerle çalıştırıp durdururuz. Yük ( y ) büyüdükçe yüksek akımlı anahtar (şalter) kullanmak gerekir. Bu ise devrede hem çok yer kaplar hem de maliyeti artırır. İşte bu nedenle uygulamada, transistör, tristör, triyak vb. gibi elemanlar kullanılarak küçük bir anahtarla büyük alıcılara kumanda edilebilmektedir. NPN T T V CC yük direnci Transistörlerin yükselteç olarak kullanılışının basitçe gösterilmesi V çıkış 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). Yandaki şekilde verilen devrede S mini anahtarıyla L alıcısı (led, lamba, 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 L alıcısı çalışmaya başlar. Aslında anahtarlama işlemi yalnızca alıcı çalıştırmayla sınırlı değildir. Şöyle ki; bazı devrelerde osilasyonlu (salınımlı) S 33 kω 10 kω + 512 V 330 Ω L NPN BC547 Transistörün anahtar olarak çalıştırılması 17
sinyaller elde edebilmek için transistörlü aç kapa (onoff) yapıcı devreler kullanılır. Yani transistör, CE arasından geçen akımı sürekli verir keser. Bu işleme de anahtarlama denir. Transistörlü röle ve kontaktör kumandası Transistörlerle sadece DC ile çalışan alıcıları besleyebiliriz. Yani AC ile çalışan bir motoru transistöre bağlamak mümkün değildir. Ancak araya yandaki şekilde görüldüğü gibi bir röle ya da DC kontaktör bağlanırsa, transistör ile her türlü alıcıya kumanda edilebilir. S 22 kω NPN BC547 12 V röle Transistörle rölenin çalıştırılması + 12 V Transistörlerin ayarlı direnç (reosta) olarak kullanılması Büyük güçlü alıcıların akım ayarı, yüksek akımlı ve büyük gövdeli reostayla yapılabilir. Fakat reosta hem çok yer kaplar, hem de ek bir enerji tüketir. Ancak, pot ve transistör temeli üzerine kurulu devrelerle daha iyi akım kontrolü yapmak mümkündür. Yandaki şekilde verilen devrede P nin değeri değiştirildikçe beyze giden tetikleme akımı değişir ve buna bağlı olarak C den E ye geçen akım ayarlanarak L nin gücü kontrol edilmiş olur. 512 V L T BC547 1 3,3kΩ P 10100 kω 2 1 kω Transistörün ayarlı direnç olarak kullanılması + S 512 V Transistörlü ısı alarm devresi Yandaki şekilde verilen iki transistörlü, kaskat bağlantılı ısıya duyarlı devrede ortam ısındığında NTC'nin direnci azalır. Direnci azalan NTC üzerinde oluşan gerilim küçülür. Küçülen gerilim T 1 transistörünün kesime gitmesine neden olur. T 1 kesime gidince bu elemanın C noktasındaki gerilim yükselir ve T 2 iletime geçer. Ortam soğuduğunda T 1 iletim, T 2 ise kesim olur. 100 k 1033 k T NTC C 1033 k T 1 NPN T 2 NPN +12 V 2201000 Ω Transistörlü ısı alarm devresi Transistörlü ışık alarm devresi Yandaki şekilde verilen iki transistörlü, kaskat bağlantılı ışığa duyarlı devrede ortam aydınlandığında LD'nin direnci azalır. Direnci azalan LD üzerinde oluşan gerilim küçülür. Küçülen gerilim T 1 transistörünün kesime gitmesine neden olur. T 1 kesime gidince bu elemanın C noktasındaki gerilim yükselir ve T 2 iletime geçer. Ortam karardığında T 1 iletim, T 2 ise kesim olur. 100 k 1033 k LD C 1033 k T 1 NPN T 2 NPN +12 V 2201000 Ω Transistörlü ışık alarm devresi 18
Transistörlü hırsız alarm devresi Yandaki şekilde verilen devrede ince tel kopuk değilken T 1 iletimdedir. T 1 iletimdeyken T 2 transistörünün EB uçları arasında oluşan gerilim çok düşüktür. Bu nedenle PNP tipi T 2 transistörü kesimde kalır. Başka bir deyişle T 1 iletimdeyken T 2 'nin EB ekleminden akım geçmez. Penceredeki ince tel kopunca T 1 kesime gider. T 1 'in kesim olmasıyla birlikte T 2 'nin EB ekleminden küçük değerli bir polarma akımı geçmeye başlar ve T 2 iletim olur. T 2 iletim olunca röle çeker, led söner, siren çalmaya başlar. Devrenin 12 V'luk beslemesi kesilene kadar sirenin çalması devam eder. 2. Transistörlü zaman gecikme devresinin incelenmesi ve uygulanması a. L zaman sabitesi hesabı Bir bobin ya da kondansatöre gerilim uygulandığı ya da uygulanmış olan gerilim kesildiği zaman devrenin akımında hemen yükselme veya düşme olmaz. Akımın kararlı (sabit) hâle gelmesi belli bir zaman sonra olur. Geçici rejim adı verilen bu olay doğrusal değil logaritmik (eğrisel) özellik taşır. Başka bir deyişle üzerinden 3 A geçirebilen bir bobine akım uygulanır uygulanmaz bu elemandan geçen akım anında 3 A olamaz. Bobinin etrafında oluşan manyetik alan geçen akıma ters yönde bir kuvvet oluşturduğundan 3 A düzeyine belli bir süre sonra erişilir. Akımın 0 A'den 3 A'e ulaşması için geçen süre bobinin indüktans (L) değerine bağlı olarak değişim gösterir. İndüktans (endüktans, induktance, self) Öz indükleme EMK'sı, Lenz kanununa göre kendisini oluşturan manyetik kuvvet çizgilerindeki değişikliğe karşıdır. Bobinden geçen akımdaki herhangi bir değişikliğe bobinin karşı koyma yeteneğine bobinin öz indüktansı ya da indüktansı denir. İndüktans L ile gösterilir. Birimi Henry (Henri, H)'dir. Bir bobinde saniyede 1 A'lik akım değişikliği, 1 V'luk EMK (elektromotor kuvvet) indüklüyorsa, bobinin indüktansı 1 H'dir. Henry (H) biriminin ast katları, milihenry (mh), mikrohenry (µh), nanohenry (nh), pikohenry (ph) şeklindedir. Henry (H) biriminin üst katları, kilohenry (kh), megahenry (MH), gigahenry (GH) şeklindedir. Uygulamada en çok milihenry (mh) ve mikrohenry (µh) değerine sahip bobinlerle karşılaşılmaktadır. kh, MH ve GH lik indüktans değerine sahip bobin uygulamada yoktur. Bobinlerin birimleri 1000'er 1000'er büyür ve küçülür. Örnek: 1 H kaç mh'dir. Çözüm: 1000 mh pencerenin iç kısmına bağlanmış ince tel 1047 k T 1 NPN BC547 1047 k T 2 PNP BC308 siren Transistörlü hırsız alarm devresi +12 V 2201000 Ω 19
Örnek: 220 mikrohenry kaç milihenry'dir. Çözüm: 0,22 mh N sarımlı bir bobinin indüktans değeri, L = N. denklemiyle hesaplanır. Denklemde, L: Bobinin indüktansı, N: Bobinin sarım sayısı, φ : Manyetik alandaki değişim (Weber, Wb), i: Akımdaki değişim (A)'dir. Bobinli devrede akımın yükselişi Yandaki şekilde bobinli bir DC devresi görülmektedir. Devrede bobin bulunmasaydı anahtar kapatılınca geçecek akım, V + A i L I = V eşitliğiyle bulunacaktı. DC ile beslenen L seri devre Devrede bobin olduğu için akım V değerine belli bir zaman sonra ulaşacaktır. Bu gecikmenin nedeni, anahtar kapatılınca devreden geçecek olan akıma, bobin indüktansının karşı koymasıdır. Bu karşı koyma bobinde indüklenen öz indüksiyon EMK'sıyla sağlanmaktadır. Öz indüksiyon EMK'sı kendisini oluşturan akımın yükselmesini önlemeye çalışacak ve akım yandaki şekilde görüldüğü gibi bir süre sonra normal (anma) değerine ulaşacaktır. I = V anahtarın kapatıldığı an Yukarıdaki L seri devredeki EMK (gerilim) denklemi Kirşof'un gerilim kanununa göre göre yazılırsa bu değer, direnç uçlarındaki gerilimle indüktans uçlarındaki gerilimin toplamına eşit olur. Yani, i V = i. + v L ya da V = i. + L. 'dir. t Bu denklemde, L, V sabit olduğuna göre akımın zamanla değişeceği görülür. i. t V V = i. + L. denkleminden i'nin formülünü, i =.(1 L e ) şeklinde çıkarabiliriz. t Denklemde, i: Herhangi bir andaki devre akımı (A), V: Üretecin EMK'sı (V), : Bobinin direnci (Ω), t: Zaman (saniye, s), L: Bobinin indüktansı, (H)e: Doğal (tabii, Neper) logaritmadır. (Neper logaritmanın tabanı e = 2,718'dir.) Bu denklem yukarıdaki şekilde verilen eğrinin matematiksel karşılığıdır. i DC ile beslenen L seri devrede akımın yükseliş eğrisi 5 τ t (s). t V i =.(1 L e L ) şeklindeki akım denkleminde 'nin tersi olan ifadesine seri L L devresinin zaman sabitesi (τ) denir. L τ = şeklindeki zaman sabitesi denkleminin birimi saniye (s)'dir. 20