YALOVA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü ESM 413 Enerji Sistemleri Laboratuvarı-I DENEY -1- ELEKTRONİK ELEMANLARIN TANITIMI ve AKIM, GERİLİM ÖLÇÜMÜ HAZIRLIK SORULARI: Deneysel kısımda verilen tüm devreleri herhangi bir benzetim programında kurunuz. Deneysel devrelerdeki istenilen tüm ölçümleri benzetim programında gösteriniz. Tüm ölçümler deney öncesi raporunuzda olmalıdır. (İstediğiniz benzetim programını kullanabilirsiniz. PSIM programını kullanmanızı tavsiye ederim. Öğrenci versiyonunu https://powersimtech.com/try-psim/ adresinden edinebilirsiniz.) Şekil 7. deki devrenin derse gelmeden önce simülasyonunun yapılıp akım ve gerilim değerlerinin kaydedilmesi zorunludur. İpucu:Arama motoruna breadborda devre kurma, ve osiloskop özellikleri ve kullanımı yazıp ilk çıkan videoları izleyip, nasıl devre kurulup, osiloskopta nasıl sinyaller gözlemlenir öğrenmiş olucaksınız, bu videoları izlemeniz deneyi anlamanız için çok önemli bir rolü olucaktır. İzlediğiniz videoların kısaca özetini çıkarınız ve Simulasyon çıktısı ve dataları elde ederek derse gelirken rapor olarak teslim ediniz. Ön hazırlık raporu puanlamanın % 20 sini oluşturacaktır. TEORİK BİLGİ DENEYİN AMACI: Bu deneyde, elektronik elemanlar kısaca tanıtılacak ve ölçümü hakkında bilgi verilecektir. Ayrıca akım, gerilim ölçümü hem DC, hem de AC olarak gösterilecektir. Sonrasında ise basit devreler kurularak akım, gerilim değerleri ölçülecektir. Avometre(Multimetre) Multimetre elektriksel olarak birçok ölçüm yapabilen bir cihazdır. Elektrik akımının şiddetini ölçmeye yarayan aletlere Ampermetre, gerilimin şiddetini ölçmeye yarayan aletlere Voltmetre ve direnç ölçmeye yarayan aletlere Ohmmetre denir. Her bir büyüklüğü ölçmek için farklı alet kullanılabileceği gibi, bir aletle bu üç büyüklüğün ölçülmesi de mümkündür. Bu tür aletler, ölçtükleri büyüklüklerin birimlerinin baş harfleri yardımıyla (Amper Volt Ohm) AVOmetre yada Multimetre olarak adlandırılırlar.
Şekil1. Dijital Multimetre Multimetrenin genel olarak 3 kısmı vardır; ekran, kadran, problar. Problar kırmızı ve siyah uç olmak üzere iki tanedir. Kırmızı uç (+), siyah uç (-) kutbu ifade etmektedir. Siyah renkli prob herzaman COM çıkış ucuna, kırmızı renkli prob ise ölçülecek kademe ayarlanıp bağlantısıda oraya yapılarak ölçüm alınır. Mesela; Akım ölçülecekse soldaki A, ma yazan çıkışa, direnç ve voltaj ölçümü yapuılacaksa en sağdaki + uca kırmızı prob bağlanır. Voltmetre İki nokta arası gerilim farkının ölçmeye yarayan iki uçlu bir ölçüm aletidir. Gerilim ölçmek için istenen noktaya parelel bağlanır. Ampermetre Devrenin herhangi bi kolundan geçen akımı ölçmeye yarayan iki uçlu ölçüm aletidir. Akım ölçmek için istenilen kola seri olarak bağlanır. Ohmmetre Direnç değerlerini ölçmeye yarayan iki uçlu ölçüm aletidir. İçinde DC bir kaynak vardır ve bir dirence bağlandığında bu kaynaktan dolayı bir akım akar. Çalışan bir devrede direnç ölçümü yapılmaz. Breadboard Breadboard çeşitli devre elemanlarını bir araya getirip devre kurmanın en pratik yoludur. Breadboard direnç, kondansatör, güç kaynağı ve kabloların bağlanacağı küçük noktalardan oluşmaktadır.
Şekil 2. Breadboard Direnç Okuma Bir direncin değerini belirlemenin en kolay yolu, üzerinde bulunan ve renk bandı olarak adlandırılan renkli şeritleri göz önüne almaktır (Şekil 3). Şekil 3. 4 Banda Sahip Bir Örnek Direnç
Şekil 4. Renk Hesaplama Tablosu Dirençlerin değerine bağlı olarak, üzerlerinde değişik sayıda bandlar bulunur. Elektrik devrelerinde sıklıkla kullandığımız dirençler dört ve beş renk bandlı dirençlerdir (Şekil 4). Renklerin sayı değerlerini kolayca akılda tutmak için Sokakta Sayamam Gibi ifadesi ile ezberlenebilir. Şekil 5 teki 4 Banda sahip dirençlerin renklerini teorik olarak hesaplayarak okuyunuz ve yanına yazınız.
Şekil 5. 4 Bandlı Renkli Dirençleri Okuma Örneği Sinyal Üreteci Sinüs, kare, testere dişi gibi sinyalleri üretebilen bu cihaza sinyal üreteci denir. Cihazın temel bileşenleri; Genlik ve Frekans Ayarı dır. Periyot, sinyalin kendini tekrarladığı süredir. Frekans ise sinyalin saniyedeki devir sayısıdır ve periyot ile ters orantılıdır. f = 1/T Aşagıdaki periyodu T=50 s, Genlik tepe değeri V p =1 V olan bir sinüs sinyali gösterilmiştir. Osiloskop Şekil 6. Sinüs sinyali örneği Osiloskop devre elemanlarının akın-gerilim özelliklerinin çıkartılmasında ve zamana bağlı olarak değişen gerilimlerin incelenmesinde kullanılan bir ölçü aletidir. Çok hızlı değişen bir veya birden fazla işaretin aynı anda incelenmesinde, genlik, frekans ve faz ölçümlerinde kullanılır.
Şekil.7 Osiloskop Görüntüsü ve Tuşların Açıklaması Kompanze Prob, CH1 e takılır. Diğer ucu osiloskop üzerindeki kare dalga üretecine bağlanır. CH1 tuşuna bir kez basılıp çıkan menüden prob ayarı olarak X10 seçilir. AUTO tuşuna basıldıktan sonra ekranda kare dalga görülmelidir. Eğer kare dalga görünmezse, prob üzerindeki vidayla ayarlama yapmak mümkündür. Osiloskop ile Gerilim Ölçülmesi Ekrandaki sinyalin genliği dikey eksende ölçülür. Genlik ilk önce ekran üzerindeki kareler cinsinden berlirlenir. Daha sonra VOLTS/DIV tuşunun üzerindeki sinyalin gösterdiği değer ile kare sayısı çarpılarak gerilimin gerçek değeri belirlenir. Osiloskop ile Periyod ve Frekans Ölçülmesi Osiloskop gerilimlerin zamanla nasıl değiştiğini incelemek için kullanılır, bu nedenle periyot ölçümü önemlidir. Bir işaretin periyodunu ölçmek için, bir tam dalga boyunun kaç kare genişliğinde olduğuna bakılır. Bu değer Time/div kademesinde ayarlanan değerle çarpılarak periyot (T) bulunur. T=1/f formülünden ise frekans elde edilir.
Şekil 8. Osiloskop ekranında gözlemlenen sinüs sinyali 1. İşaretin bir tam periyodu ölçülür. T= 4 div (kare) 2. T hesaplanır. Time/div=0.25 ms T= 4*0.25ms=1ms 3. Frekans değeri f=1/t 1/1ms= 1 khz 4. Tepeden tepeye genlik değeri G=2 div (kare) 5. A hesaplanır. Volts/div= 0.5 V G=2*0.5V=1V A=G/2=1/2=0.5V 6. Sonuç V i (t)= A*sin(2πft) V i (t)=0.5*sin(2π*1000 t) DENEYDE KULLANILAN ALETLER Avometre(Multimetre), Breadboard, DC Güç Kaynağı, Osiloskop, Sinyal Üreteci, Milimetrik kağıt, 1 k, 4.7 k, 100, 220, 10 k DENEYİN YAPILMASI DC Kaynaklı Bir Elektrik Devresinde Akım ve Gerilim Ölçümü Deneyin yapılışı: Şekil 9. DC kaynaklı deney devresi 1. Şekil 5 deki devreyi breadboarda kurunuz. 2. Ana koldan geçen akımı teorik olarak (hesap yardımıyla) hesaplayınız. 3. Anakoldan ve herbir dirençten geçen akımı ölçüp tablo çizerek kaydediniz. 4. Her direnç üzerinde oluşan voltajı teorik olarak bulunuz. 5. Her direnç üzerinde oluşan voltajı ölçüp tablo çizerek kaydediniz.
6. Toplam eşdeğer direci teorik ve ölçüm olarak yolu ile bulunuz. Osiloskop kullanarak gerilim ve akım ölçümü Deneyin Yapılışı: 1. Osiloskop çalıştırılır ve daha sonra sinyal üreteci ile bağlantısı yapılır. 2. Sinyal üretecinden elde edilecek ayrı ayrı sinüs ve kare dalga işaretleri için gerilimleri 1V, frekansları da f 1 = 800 Hz ve f 2 = 10 khz olarak ayarlayınız. Osiloskop ile sinyal üreteci arasındaki bağlantıyı sağlayın ve Time/div, Volts/div lere dikkat ederek milimetrik kağıda çiziniz. 3. Şekil 10. daki devreyi kullanarak 1V, ve f=1 khz lik bir sinüs sinyalini sinyal üretecinden verip çıkışa osiloskop bağlayıp geçen akımı kaydediniz. Bulduğunuz akım değerini ve devrede kullanılan direnç değerlerini kullanarak sinyal üretecinden elde edilen gerilim değerini teorik olarak elde ediniz. Şekil 10. Devreden geçen akımın osiloskop ile ölçümü İSTENENLER: 1. Deneyi kısaca özet şeklinde anlatınız. 2. Deneyde kullandığınız ve Şekil.5 teki 4 bandlı dirençlerin renklerinden değerini bulunuz? 3. Deneyin yapılışındaki herbir adımı teorik (matematiksel) olarak hesaplayın ve deney sırasında aldığınız data ile karşılaştırınız. 4. Time/div: 0.5 ms ve Volt/div: 5V olan ve periyodu 6 kare (div) ve genlik ise 1.5 kare (div) olan bir osiloskop sinyalinde V i (t) yi bulunuz.