1. HAFTA EBG103 DONANIM KURULUMU Öğr. Gör. S. M. Fatih APAYDIN apaydin@beun.edu.tr
Temel Kavramlar Elektrik-Elektronik Hakkında Genel Bilgiler İletkenler Statik Elektrik ve Oluşumu 2
Elektrik-Elektronik Hakkında Genel Bilgiler Elektrik iletkenlik ve yalıtkanlık olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. İletkenler Yalıtkanlar 3
İletkenler İletkenlik sadece elektrik iletkenliği anlamına gelmemektedir. Isı, ışık... iletkenlikleri de vardır. Burada bizim için önemli olan elektrik akımı iletimidir. Bir maddenin elektrik akımını iletebilmesi için son(valans) yörüngesindeki serbest elektron sayısı 4 ten az(1, 2, 3) olmalıdır. KBUZEM Karabük Üniversitesi Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi 4
İletkenler Tüm metaller iyi bir iletkendir. İçerisinde iyon olan her sıvı iletken özellik gösterir. İnsan vücudu da iyi bir iletkendir. Saf su yalıtkan, içme suyu iletkendir, iyonlarına ayrılmamış gazlar yalıtkandır, iletkenliğin derecesini elektrik akımına gösterilen direnç belirler. 5
İletkenler Her iletken az ya da çok elektrik akımına karşı bir direnç gösterir. Arzu edilen değer gösterilen direncin sıfır olmasıdır. Direnci sıfır olan iletkenlere süper iletken denir. Süper iletkenlik pratikte sıcaklığın belirli bir seviyeye düşürülmesi ile mümkündür. Doğal olarak, normal şartlar altında çalışan süper iletken henüz bulunamamıştır. Süper iletkenlik, maddenin düşük sıcaklıklarda direncinin sıfıra düşürülmesi ile elde edilir. 6
İletkenler Günümüzde altın, gümüş ve bakır en iyi iletkenlerdir. Bakır daha ucuz ve kullanımı kolay olmasından dolayı elektrik iletiminde sıkça kullanılır. Elektrik iletiminin yanında malzemelerin kolay işlenebilirliği, sertliği, oksitlenebilirliği gibi durumlar endüstride kullanılmasını etkileyen faktörlerdir. 7
İletkenler Aşağıda çeşitli malzemelerin elektrik akımına gösterdikleri direnç değerleri verilmiştir. Malzeme Gümüş 15,9 Bakır 17,1 Altın 22,1 Alüminyum 26,5 Tungsten 52,8 Çinko 59 Demir 96,1 Direnç(nQm) 8
Yalıtkanlar Yalıtkan malzemelerin son yörüngesinde 8 elektron bulunur. Son yörüngesinde 5, 6, 7 elektron olan malzemeler 8 olanlara göre iyi olmasa da yalıtkandır. Cam, kauçuk, yağ, pamuk yalıtkan malzemelere örnektir. 9
Direnç (Resistor) Malzemelerin elektrik akımına gösterdikleri karşı koyma etkisidir. Sıcaklıkla malzemelerin direnç etkisi artmaktadır. 10
Direnç (Resistor) Bir metal telin uzunluğu arttıkça veya kesit çapı küçüldükçe direnci artar. Tersi durumda ise direnç azalır. 11
Direnç (Resistor) Bir tel üzerinden geçen akım arttıkça veya telin direnci arttıkça, zamanla tel üzerinde ısı enerjisi ortaya çıkar. Bu etkiye fizikte Joule etkisi(effect) denilmektedir. Joule etkisi ile ortaya çıkan ısı enerjisi başta elektronik devrelerde olmak üzere istenmeyen ve kaçınılması gereken bir duruma neden olur. 12
Direnç (Resistor) Günümüzde elektrik enerjisinin önemli bir bölümü bu şekilde ısı olarak kaybolmaktadır. Üzerinden çok büyük miktarlarda akım geçen bilgisayar bileşenlerini, optimum çalıştırmak için, soğutucu yardımıyla soğutulması gerekmektedir. 13
Direnç (Resistor) Direnç iletkenlik açısından istenmeyen bir durum olmasına karşın, elektronik devrelerde akıma karşı direnç gösterecek elemanlar sıkça kullanılmaktadır. Bu görev için kullanılacak malzemeler yaygın olarak karbon veya metal yapıya sahip dirençlerdir. 14
Yarı İletken(Semi-Conductor) Son yörüngesinde 4 elektrona sahip elementlere(silisyum(si), Germanyum(Ge)) yarı iletken elementler denilir. Bazı bileşiklerde(galyum Arsenid(GaAS), Bakır Oksit, Kurşun Sülfür...) bu özelliği göstermektedirler. 15
Yarı İletken(Semi-Conductor) Bunların elektriksel açıdan davranışları belirli bir eşik değerine kadar yalıtkan sonrasında ise iletken olmalarıdır. Dijital elektroniğin temel yapısını oluşturan devre elemanları (diyot, transistor ve bunlardan oluşan entegreler) bu malzemelerin varyasyonlarından elde edilir. 16
Yarı İletken(Semi-Conductor) Bir atomun en dış yörüngesine valans yörüngesi denilir. Bu yörüngede bağ yapma kabiliyetini belirleyen elektron sayısı önemlidir. Temelde P ve N tipi yarı iletkenler bulunmaktadır. 17
Yarı İletken(Semi-Conductor) N tipi serbest elektrona sahip negatif yük fazlalığı olan yarı iletkenlerdir. N tipi yarı iletkenlere örnek olarak Silisyum kristaline 5 değerli antimon(sb) katkı atomunun eklenmesi verilebilir. 18
Yarı İletken(Semi-Conductor) P tipi yarı iletkenler Bor, alüminyum, indiyum ve galyum gibi 3 valans elektrona sahip elementlerden küçük bir miktarın saf germanyum veya silisyum kristal yapısına ilave edilmesiyle elde edilir. 19
Yarı İletken(Semi-Conductor) 20
Diyot En temel yarı iletken yapılar içeren malzemedir. Temel görevi elektrik akımını tek yönde iletmesidir. iki ucu(anot ve katot) vardır. Anot +, katot - olduğunda iletime izin verirken tersi durumda iletime izin vermemektedir. Aşağıda gerçek bir diyot, sembolü ve N-P yapısı gösterilmiştir. 21
Diyot 22
Transistor Kuvvetlendirme ve anahtarlama amaçlı kullanılan yarı iletken bir malzemedir. İki tipi(npn ve PNP) ve üç ucu vardır. Bunlar emitter, collector ve base uçlarıdır. Temel sembolü ve n-p yapısı aşağıda gösterilmiştir. 23
Transistor 24
Transistor Aşağıda tekil veya birkaç tane transistor barındıran değişik paket türlerinde transistor ciplerinin resimleri yer almaktadır. Transistorlerin BJT, FET, JFET, MOS-FET, VFET, IGBT...gibi çeşitleri vardır. 25
Transistor 26
Statik Elektrik Ve Oluşumu Doğada gördüğümüz tüm eşya atomlardan oluşmuştur. Atomlar elektron, nötron ve proton denilen parçacıklardan oluşmaktadır. Bu parçacıkların yükü birbirlerinden farklıdır. Protonlar pozitif, elektronlar negatif yüklü olup nötronlar ise yüksüzdür. Atomlarda genelde proton ve elektron sayısı eşittir. Bu eşitlikten dolayı atomlar yüksüz sayılırlar. 27
Statik Elektrik Ve Oluşumu Fakat 2 atom birbirlerine sürtündüğünde aralarında elektron geçişi olmaktadır. Bu durumda bazı atomlar fazladan yüke(elektron) sahip olurken bazıları eksik elektron sayısına sahip olmaktadır. Elektron fazlalığı olan atomlar negatif, elektron azlığı olan atomlar ise pozitif yük fazlalığına sahip olmaktadır. Bu şekildeki yük farklılığına statik elektrik denir. 28
Statik Elektrik Ve Oluşumu Doğada statik elektriğe en büyük örnek şimşek ve yıldırım olaylarıdır. Statik elektrik neme, malzemeye, yüzeyin pürüzlülüğüne, sıcaklığa ve gerilme gibi başka diğer özelliklere de bağlıdır. 29
Statik Elektrik Ve Oluşumu Bilindiği üzere aynı yüke sahip atomlar birbirini iterken farklı yüklere sahip atomlar birbirini çekmektedir. 30
Statik Elektrik Ve Oluşumu İnsan çalışma ortamında çeşitli eşyalarla devamlı etkileşim halindedir. İster istemez kullanılan eşyalarla insan teni sürtünme etkisi ile statik elektriğe neden olabilmektedir. Hareket halindeki bir insan hiç olmasa giysileri ile teninin sürtünme etkisine maruz kalır. Aşağıdaki tabloda statik elektriği oluşturan nedenler ve voltaj olarak etkisi verilmiştir. 31
Statik Elektrik Ve Oluşumu Statik Elektriği Oluşturan Faktörler Ortam nem değeri %10-%20 %65-%90 Vinylex kaplı ortamda 6000V 600V Plastik klasör taşıma 7000V 150V Vinylex kaplı ortamda 12000V 250V Halı üzerinde yürümek 35000V 1500V 32
Statik Elektrik Ve Oluşumu Statik elektriğin görünebilir(ışık şeklinde) olması için potansiyel farkın en az 6000V -7000V arasında olması gerekmektedir. Statik elektriğin geriliminin yüksek olmasına karşın akım şiddeti çok düşüktür. 33
Statik Elektrik Ve Oluşumu Statik elektriğin etkisini hayatımızdan örneklerle açıklamak gerekirse, özellikle kış aylarında giyindiğimiz yünlü bereleri çıkarttığımızda saçlarımızın dikeldiğini gözlemlemişizdir. Bunun nedeni statik elektriktir. Çünkü saçımızdaki elektronlar berenin çıkartılması esnasındaki sürtünmeden dolayı bereye geçmekte olup pozitif yüklenmektedir. Aynı yüklü atomlar birbirlerini ittiğinden dolayı saç telleri birbirini ittiğinden, saçlarımız diken diken olmaktadır. 34
Statik Elektrik Ve Oluşumu Bir başka örnekte ise halı üzerinde çıplak ayakla yürüdüğümüzde halıdaki elektronlar ayağımıza geçmektedir. Bu durumda fazladan elektrona sahip olduğumuz için elimizi kapı kolu gibi metal bir nesneye değdirdiğimizde veya yaklaştırdığımızda bizden, dokunduğumuz nesneye elektron geçişi olacaktır. Bu durumda çarpılma dediğimiz kısa bir şok etkisini hissederiz. 35
Statik Elektrik Ve Oluşumu İki malzeme birbirine sürtüldüğünde birisi negatif diğeri pozitif duruma geçmektedir. Bu durum atomların elektronlarını tutabilme kabiliyetine bağlıdır. Bilim adamlarının yaptıkları araştırmalar ışığında triboelektrik(sürtünme ile elektriklenme) listesi oluşturulmuştur. Bu listedeki materyallerin üstündeki elemanlar altındaki herhangi birisi ile bir birine sürtüldüğünde pozitif duruma geçmektedir. 36
Statik Elektriğin Zararları Her türlü statik elektrik özellikle üzerimizde oluşan statik elektrik, bilgisayar donanımı üzerinden boşaldığında donanıma zarar verebilmektedir. Zararı önlemek için üzerimizde biriken fazla yükün güvenli bir şekilde, toprağa akıtılması gerekmektedir. Hemen tüm bilgisayar parçaları, statik elektrik etkisi ile bozulmaya eğilimlidir. 37
Statik Elektriğin Zararları Donanım üzerinde çalışırken hissedilen yük boşalması 2000 volttan daha büyük ve bu etki bilgisayar donanım ciplerine zarar verecek boyutun çok üzerindedir. Küçük boyutlu elektrik yükleri boşalma sırasında hissedilmese dahi donanım birimlerine zarar verebilmektedir. Aşağıda donanım yapısında bulunabilecek bazı elektronik elemanların bozulabileceği gerilim değerleri verilmiştir. 38
Statik Elektriğin Zararları Eleman Bozulma Eleman Bozulma Mosfet 100V Schottky 300V Eprom 100V Bipolar 380V JFet MOV Film Direnç 300V Op-Amp 190V SCR (Tristör) 680V CMOS 250V Schottky TTL 1000V 39
Statik Elektriğin Zararları Araştırmalara göre, statik yükün en azından 1MOhm luk bir direnç üzerinden eğrisel olarak boşalması öngörülmüştür. 40
Statik Elektriğin Zararları Malzemeler antistatik yapıya sahipse toz tutma eğilimi o derece azalır. Statik elektriğin dezavantajlarından biriside yüzeylerin tozlanmasına neden olmasıdır. Bilindiği üzere toz kaplı donanım birimlerinin ısı transferi güç olmakta ve cihazlar ısınmaktadır. 41
Statik Elektriğin Zararları Ayrıca nemle birleşen toz parçacıkları iletkenlik gösterebilmektedir. Temizlik açısından ise örneğin ekranların, farelerin, klavyenin, toz tutmasını engellemek için antistatik temizleme spreyleri kullanılabilir. 42
Statik Elektriğin Zararları Statik elektriğin özellikle bayanlarda akne, seboreik dermatit gibi deri hastalıklarına neden olduğu ileri sürülmüştür. 43
Topraklama Elektrikle çalışan tüm cihazlarda elektrik devreleri ile cihaz kasası yalıtılmış durumdadır. Normal cihazlarda böyle bir durum sakınca oluşturmamaktadır. Üretim hatası veya uzun süre kullanımdan kaynaklanan nedenlerden dolayı zamanla alternatif akım faz kablosu kaçak yapabilir. Bunu önlemenin yolu bu kaçağı toprağa güvenli bir şekilde artmakla mümkündür. 44
Topraklama Metal kasaya sahip veya içerisinde metal aksam bulunan cihazların, toprak içine yerleştirilen metal bir levhaya bağlama işlemine topraklama denilmektedir. Toprak içerisinde levha imkânı yoksa metal su şebekesine bağlama işlemi de topraklama sayılır. Bazı tesisatlarda elektrik tesisatını döşeyen kişiler toprak hattını nötr hattâ vererek pratik bir çözüme gidebilirler. 45
Topraklama Bu şekildeki topraklamaya sıfırlama denilmektedir. Fakat bu yöntemin iki dezavantajı vardır. Kasada elektrik kaçağı oluştuğunda kısa-devre meydana gelir ve bu durum sigorta attıran bir etkiye neden olur. Mahalle veya özellikle bina elektrik tesisatında yapılan bir çalışmadan dolayı, faz hattı ile nötr hattı yer değiştirilirse toprak hattına faz gelmiş olacaktır. 46
Topraklama Sıfırlama elektronik cihazlar ve insan sağlığı açısından asla güvenli değildir. Elektrik çarpmalarının ve donanım bozulmalarının önemli bir bölümü topraksız veya yanlış topraklama etkisi ile meydana gelmektedir. 47
Topraklama 48
Topraklama Topraklamada dikkat edilmesi gereken hususlar olarak topraklı prizden çekilen toprak iletkenini, toprağın 1,5m derinliğindeki 70cm x 70cm boyutlarında bakır levhaya bağlanması gerekmektedir. Bu işlemler bina yapılım aşamasında olmalıdır. 49
Bilgisayar Donanımını Statik Elektrik Etkisinden Koruma Bilgisayar donanımını elektrostatik yük boşalmalarından korumak için aşağıdaki önlemlerin alınması gerekmektedir. Bilgisayarı kapatıp elektrik enerjisini kesiniz. Fişi prizden çıkartmak yerine prizin üzerindeki güç kapatma düğmesini keserek topraklamayı fişi çıkartmadan aktif yapabilirsiniz. 50
Bilgisayar Donanımını Statik Elektrik Etkisinden Koruma Donanıma dokunmadan önce olası üzerimizde birikecek yükü boşaltmamız gerekmektedir. Bunun için özel olarak satılan antistatik bileklikler kullanılabilir. Bu bileklik ve kullanımı aşağıda gösterilmiştir. 51
Bilgisayar Donanımını Statik Elektrik Etkisinden Koruma 52
Bilgisayar Donanımını Statik Elektrik Etkisinden Koruma Üzerimizdeki yükün tamamen boşalıp boşalmadığını anlamak için metal bir yüzeye dokunabilirsiniz. Varsa bir test cihazıyla statik elektrik olup olmadığını kontrol edebiliriz. Statik elektriği ölçmek için elektroskop denen cihazlar kullanılır. Günümüzde dijital test cihazları da vardır. Bu tip bir cihazın görüntüsü aşağıda yer almaktadır. 53
Bilgisayar Donanımını Statik Elektrik Etkisinden Koruma 54
Bilgisayar Donanımını Statik Elektrik Etkisinden Koruma Donanım parçalarını kenarlarından tutunuz. Donanımların kenarlarından tutulmaları iletkenle elimizin temasını kesecektir. 55
Bilgisayar Donanımını Statik Elektrik Etkisinden Koruma Halı ve benzeri sergiler üzerinde durmayınız. Antistatik yer sergileri tercih edilebilir. Statik etkiyi azaltmak için antistatik ayakkabılar, sandalyeler, önlükler, bileklikler, topuk bantları, eldivenler... gibi ürünler kullanılabilir. Bu ürünlerin örnek resimleri aşağıda verilmiştir. 56
Antistatik Çalışma Ortamı Hazırlamak 57
Bilgisayar Donanımını Statik Elektrik Etkisinden Koruma Statik elektriği destekleyen soğuk ve kuru ortamlarda çalışmayınız. Nem oranını mümkünse %50-60 arasında çıkartınız. İpekli, naylon ve yünlü giysiler giymeyiniz. Giysilerinizi özellikle soğuk ve kuru olduklarında elektrik yüklü olabileceğinden dolayı, donanım bileşenlerinden uzak tutunuz. 58
Antistatik Çalışma Ortamı Hazırlamak Günümüzde laboratuar, fabrika ve teknik servis ortamlarında kullanılan birçok araç gereç ve eşyaların anti-statik özelliğe sahip olan çeşitleri bulunmaktadır. Bu eşyaların iki temel amacı yerine getirmek üzere tasarlanmıştır. Varolan statik elektriği boşaltmak. Statik elektrik etkisi oluşturacak nedenleri ortadan kaldırmak. 59
Antistatik Çalışma Ortamı Hazırlamak Çalışma ortamlarında antistatik özelliklere sahip yer sergisi, sandalye, masa örtüsü... gibi eşya ve aksesuarlar kullanılabilir. Günümüzde antistatik özelliklere sahip boyalar dahi üretilmektedir. Antistatik malzeme ve yüzeylerin en büyük avantajlarından birisi toz tutmama özelliğidir. 60
Antistatik Çalışma Ortamı Hazırlamak Antistatik temizleme kimyasalları yüzeyler üzerinde bıraktıkları antistatik özelliğe sahip tabaka tozlanmayı geciktirmekte ve azaltmaktadır. 61
Antistatik Çalışma Ortamı Hazırlamak Çalışma ortamının nem miktarı statik elektriği en çok etkileyen faktörlerin başında gelir. Çünkü nemli havada bulunan iyonlar statik yükün bir kısmını nötürler. Nem oranını %60 civarına kadar çıkartmak, deşarj olasılığını azaltır. Unutulmamalıdır ki yüksek nem miktarı donanım birimlerinde istenmeyen iletkenliğe, paslanmaya ve rahatsız edici bir çalışma ortamına neden olur. 62
Kişisel Antistatik Önlemler Kişisel antistatik önlem olarak kalın ipekli yünlü giysiler yerine bunların antistatik özelliğe sahip yapıda olanları tercih edilmelidir. Günümüzde antistatik yapıya sahip yaygın olarak üretilen tişort, eldiven, maske, ayakkabı, bileklik, antistatik kimyasallar ve topuk bandı gibi malzemeler ucuz ve kolayca bulunabilir. Malzemelere antistatik etki kazandırmak için en çok kullanılan yöntem karbon alaşımıdır. Karbon iletkenliği sağlar. 63
Kişisel Antistatik Önlemler Antistatik ürünler kullanılırken bazı hususlara dikkat etmek gerekmektedir. Örneğin taban döşemelerini zemine sabitlemek için karbon alaşımlı yapışkanlar kullanılmalıdır. Temizliği için özel kimyasal kullanılmalı, deterjan kullanılmamalıdır. Özel kimyasal yoksa temiz ıslak bir bez kullanılabilir. Antistatik kimyasallar tatbik edildikleri yüzeyde ince antistatik yapılı bir yüzey oluştururlar. 64
Ortamlardaki Manyetik Etkiler Manyetik ortamı oluşturan nedenleri kısaca açıklayalım. Üzerinden akım geçen her iletkenin etrafında manyetik alan oluşmaktadır. Manyetik alan içerisindeki akım geçen tel üzerinde ise potansiyel fark oluşur. Bu etkiye Hail Effect(etki) denilmektedir. Bu etki ve oluşumu aşağıdaki resimde gösterilmiştir. Küçük gerilimle çalışan sistemlerde bu etki sistemin yanlış çalışmasına veya bozulmasına neden olmaktadır. 65
Ortamlardaki Manyetik Etkiler 66
Ortamlardaki Manyetik Etkiler Bir devreyi yanlış şekilde etkileyen işarete elektronikte gürültü denilmektedir. Manyetik alanı, bina ana kolon iletkenleri, motorlar, ısıtıcılar... kısacası tüm elektrikli alet ve hatlar manyetik alan oluştururlar. Özellikle yüksek akım taşıyan iletkenlerin kullanımı, yapılarda alçak frekanslara sahip manyetik alan girişimlerinin f sistemi etkileme oluşmasına neden olmaktadır. Yüksek akım taşıyan hatlarda iletken boyu uzadıkça bu etki artmaktadır. 67
Ortamlardaki Manyetik Etkiler Günümüzde bu etkiye en çok neden olan cihazlardan birisi cep telefonlarıdır. Bazı seyahat araçlarında, muayene odalarında ve benzin istasyonu gibi tehlikeli sonuçlar doğurabilecek ortamlarda cep telefonlarının yasak olması cihazların manyetik ortamdan etkilenerek yanlış çalışması veya bozulma durumlarının söz konusu olmasındandır. 68
Ortamlardaki Manyetik Etkiler Manyetik alandan beslenen bazı cep telefonu aksesuarları bu etkiyi gözle görünür hale getirmektedir. Örneğin telefonların üzerine yapıştırılan ışıklı bantlar telefon çalmaya başlarken manyetik etkinin neden olduğu akım etkisi ile çalışmaktadır. 69
Donanıma Olası Zararları Manyetik alanların neden olduğu girişimler bilgisayar donanımlarında şu arızalara neden olabilmektedirler. CRT monitörlerde görüntü titremesi veya görüntü bozukluğu, Manyetik kayıt ortamlarında(hdd, disket...) veri kayıpları Hoparlörlerde istenmeyen cızırtı şeklinde ses oluşması Donanım birimlerinin geneli üzerinde yanlış çalışma ve kilitlenmeler. 70
Manyetik Ortama Karşı Alınacak Önlemler Unutulmamalıdır ki manyetik etkiden kaçış asla mümkün değildir. Ama bu etki azaltılabilir. Zaten tüm donanım birimleri tasarım aşamasında bu etki göz önüne alınarak tasarlanmaktadır. Buna rağmen kuvvetli manyetik ortamlardan donanım birimlerini korumak için önlem almalıyız. 71
Manyetik Ortama Karşı Alınacak Önlemler Bunun sonucunda da girişim potansiyeli sakıncalı olabilecek seviyelerden uzak tutulabilir. Aşağıda alınacak önlemler verilmiştir. Sistem veya cihaz akımlarını küçük tutmak (Dağıtılmış Model) Manyetik alan kaynakları ile etkilenen cihazların alanlarını ayırmak İletkenler arasındaki mesafeleri düşürmek İletkenlerin fazlara göre konumlarını değiştirmek Manyetik ekranlama yapmak 72
Kaynakça Yrd. Doç. Dr. Ulaş MATİK, Uzaktan Eğitim Ders Notları, KBÜ (2013) 73
Teşekkür Ederim Sağlıklı ve mutlu bir hafta geçirmeniz temennisiyle, iyi çalışmalar dilerim 74