. ÖLÜM: MADDE YAPS. Atom, Çekirdek, Elektron.2 İletken, Yalıtkan, Yarı İletken.3 Kristal ve Amorf Yapı. Atom, Çekirdek, Elektron Madde: Atom veya Moleküllerden oluşmuş, belirli bir kütle ve hacme sahip fiziksel varlıklardır. Maddelerin biçimlendirilmiş şekline cisim denir. Maddenin birçok özellikleri vardır; erime noktası, kaynama noktası, sertliği, ısı ve elektrik iletkenliği, ses ve ışık geçirgenliği, rengi, kokusu, başka maddeler ile verdiği reaksiyonlar v.b. gibi. unlardan renk, sertlik, ısı ve elektrik iletkenliği, ses ve ışık geçirgenliği gibi özelliklerine maddenin fiziksel özellikleri denir. Atom; Maddenin tüm özelliklerini üzerinde barındıran en küçük parçasıdır. Atomlar merkezinde toplanmış proton ( pozitif yüklü parçacıklar) ve nötron (yüksüz parçacıklar) oluşturduğu çekirdek ile bunun etrafındaki enerji yörüngelerinde depolanan elektronlardan meydana gelir. Çekirdek etrafında sıralanan yörüngeler(kabuklar) merkezden dışarıya doğru K, L, M, gibi harfler ile tanımlanır. u yörüngeler belirli enerji değerlerine sahiptir ve ancak belirli sayıda elektronları bulundurabilirler. ir elektron yörüngesinin bulundurabileceği en fazla elektron sayısı = 2n 2 ile bulunur. n merkezden dışarıya doğru yörüngelerin sıra sayısıdır. M n=, K: 2e n=2, L: 8e n=3, M: 8e P n K L e P n K L e n=4, : 32e Şekil. Elektronların yörüngelere yerleşimi
Yörüngelerdeki elektronlar bir taraftan dışarıya doğru yönelmiş merkezkaç kuvveti ile diğer taraftan içeriye doğru yönelmiş elektrostatik çekim kuvvetinin etkisinde hareket ederler. r : atom yarıçapı =2,877x0-5 m m p : protonun kütlesi =,6725x0-27 kg m e : elektronun kütlesi =9,09x0-3 kg e : elektronun yükü =,602x0-9 coulomb r F e p F e ee k 2 r e F m F m me m k 2 r p Şekil.2 Atomik yapıdaki kuvvetler.2 İletken, Yalıtkan, Yarı İletken İletken; Atomik yapıda merkeze yakın olan elektronlar daha kuvvetli çekilirken merkezden uzaklaştıkça dolu olan yörüngelerin perdeleme etkisinden dolayı çekim etkisi düşer. u durum en dış yörüngedeki elektronların kolayca yörünge dışına kaçarak serbest kalmasına veya daha esnek hareket kabiliyeti kazanmasına neden olur. u durumdaki elektronların konumlandığı bant aralığına veya enerji seviyesine valans(değerlik) bandı denir. Genellikle metalik maddeler bu yapıdadır. Değerlik bandında bulunan elektronlar, herhangi bir dış fiziksel etki (örneğin potansiyel farkının etkisi ) ile iletim bandına geçerek iletkenliği oluştururlar. u yapıdaki maddelere iletken denir. Yalıtkan; alans bantları tamamen boş olan veya içinde serbest elektron bulunmayan maddelerin atomları ya tamamen dolu yörüngelere sahiptir yada ortak elektron kullanımını tercih ederek kovalent bağ yapısındadırlar. u maddeler dışarından yapılan etki ile iletim bandına serbest elektron aktaramazlar ve yalıtkan olarak adlandırılırlar. 2
Yarı iletken; Kovalent bağ yapısındaki bazı maddelerin( Ge32 ve Si 4) içine son atom yörüngelerinde 3 elektron bulunan (5, Al3, Ga3 gibi) veya 5 elektron bulunan (P5, As33, Sb gibi) madde atomları katılarak, yapıda elektron fazlalığı( tipi) veya elektron eksikliği( P tipi) olan maddeler oluşturulur. u tipi ve P tipi maddeler çeşitli uygulamalar altında kontrollü iletkenliğe neden oldukları için yarı iletken maddeler olarak tanımlanır..3 Kristal ve Amorf Yapı İletken katıların atomları maddeyi oluştururken düzgün geometrik yapıda yerleşim gösterirler. Atomlar küp, altıgen, düzgün dört yüzlü, kare ve dikdörtgen prizma gibi geometrik cisimlerin yapısını görüntüleyecek şekilde köşelere ve yüzey merkezlerine yerleşmiştir. u tür görünüşe sahip maddelere kristal yapılı maddeler denir. İletken maddeler genellikle kristal yapıdadır. Yalıtkanlar ise genellikle şekilsiz (amorf) bir yapıdadır. unların ısı ve elektrik iletimine sahip değillerdir. azı maddeler aşırı düşük sıcaklıkta elektron iletimine hiçbir reaksiyon göstermezler. öyle kayıpsız iletimin sağlandığı iletkenlere süper iletken denir. Süper iletkenlik üzerine çalışmalar devam etmekte olup, henüz laboratuar çerçevesindeki çalışmalar ile sınırlıdır. Şekil..3 Kristal yapı 3
2. ÖLÜM: YA İLETKELE 2. Kovalent ağ Yapısı 2.2 Tipi Yarı İletken 2.3 P Tipi Yarı İletken 2.4 P irleşimi 2. Kovalent ağ Yapısı azı maddeler iletkenlik ile yalıtkanlık arasında bir yapı sergiler. unların en dış yörüngelerinde 4 elektron vardır. Kristal yapı içindeki her atom 4 er elektronunu ortak kullanarak kovalent bir bağ oluşturur. Dışarıdan kristale uygulanan ısı, ışık, elektrik alanı gibi etkenler ile bu bağ kolaylıkla koparılarak ortamda serbest elektron ve bu serbest elektronun boşalttığı deşikler(holler) oluşturulur. u tip iletkenlere yarı iletken denir. Yarı iletkenler elektronik malzemelerin yapımında kullanılır. En çok kullanılan Germanyum Ge(32p,32e) ve Silisyum Si(4p,4e) atomu kristalleridir. İletkenlik, yalıtkanlık ve yarı iletkenlik enerji bantları ile de açıklanabilir. Kristal yapı içindeki enerji bantları valans, iletim ve yasak bantlardan oluşur. alans bandından bir elektron yeterli enerjiyi alarak iletim bandına geçince yerinde bir boşluk bırakır. Deşik adı verilen bu boşluklar sürekli yer değiştirerek bir elektron hareketini dolayısıyla bir akımı meydana getirirler Kovalent bağ Ge Ge Ge İletim bandı Ge Ge Ge Yasak band Ge Ge Ge alans band Şekil 2. Kovalent bağ ve bant yapısı 4
2.2 Tipi yarı iletken Germanyum(Ge32) veya Silisyum(Si4) gibi son yörüngelerinde dört elektron (4e) bulunan maddelerin içine son yörüngelerinde beş elektron (5e) bulunan Antimuan(Sb5), Azot(7), Fosfor(P5), Arsenik(As33) gibi maddelerden belirli oranlarda katılmasıyla oluşan yarı iletken tipidir. Si atomları, Sb atomlarının 4 er elektronunu kullanarak kararlı bir yapı oluştururken artan birer elektronları ortama negatif yük olarak dağılır. İçinde negatif yük fazlalığı bulunan bu tip yarı iletkenlere tipi yarı iletken denir. Si + Sb = tipi (4e + 4e) + e Şekil 2.2 Tipi yarı iletken yapısı 2.3 P Tipi yarı iletken Germanyum(Ge32) veya Silisyum(Si4) gibi son yörüngelerinde dört elektron (4e) bulunan maddelerin içine son yörüngelerinde üç elektron(3e) bulunan İndium(n49), or(5), Galyum(Ga3), Alüminyum(Al3) gibi maddelerin belirli oranlarda katılması ile ortamda oyuk veya deşik fazlalığı oluşturulmuş yarı iletken tipine P tipi yarı iletken denir. P Si + = P tipi (4e + 3e) + Şekil 2.3 P Tipi yarı iletken madde yapısı 5
2.4 P irleşimi ve P tipi iki yarı iletkenin birleştirilmesi ile Diyot olarak adlandırılan elektronik devre elemanı oluşur. tipi ve P tipi yarı iletkenlerin birleşme (temas) yüzeyinin her iki tarafındaki ve + yükler küçük bir gerilim seti (eşik voltajı) meydana getirir. Doğru iletim modunda(ileri polarizasyonunda) diyotun çalıştırılması için bu eşik voltajının aşılması gerekir. Diyota uygulanan voltajın küçük bir kısmı(ge için 0.2-0.3 ve Si için 0.6-0.7) bu eşik voltajını aşmak için kullanılır. Ters besleme(bağlama) modunda bu eşik voltajı(u) daha da artar ve büyük bir direnç halini alarak diyotun iletimini keser. P P P K A u Şekil 2.4a ve P tipi iki yarı iletkenden oluşmuş diyot. P P e u GE =0,2 Sİ = 0,7 K A Şekil 2.4b İleri polarizasyonu(doğru bağlama modu) P =0 : ozulma voltajı Şekil 2.4c Ters polarizasyonu(ters bağlama modu) 6
2.5 ölüm Çalışma Soruları Soru. Yarı iletken ile iletken arasındaki temel fark nedir? a) yarı iletken de akım elektron-hol etkileşimi ile, iletkende ise elektron hareketi ile sağlanır b) akım iletkende holler ile, yarı iletkende elektronlar ile sağlanır c) iletkenlerin iç direnci yüksek, yarı iletkenlerin düşüktür d) yarı iletkenler ile iletkenlerin her ikisi de iletim hatlarında kullanılır Soru.2 32elektronu bulunan bir atomun elektron dağılımını çizerek, hangi yörüngede kaç elektronu olduğunu belirtiniz. Soru.3 P tipi yarı iletken nedir? asıl elde edilir? Kısaca anlatınız. Soru.4 ir yarı iletken malzeme için aşağıdakilerden hangisi doğrudur? a) akım elektron-hol etkileşimi ile oluşur c)iç dirençleri yüksektir. b) akım elektronlar ile sağlanır. d)iletim hatlarında kullanılır. Soru.5 tipi yarı iletken nedir, ne işe yarar? 7
3. ÖLÜM :PASİF DEE ELEMALA 3. Dirençler 3.2 Kondansatörler 3.3 obinler 3.4 Transformatörler 3. Dirençler Elektronik devrelerde akım kontrol elamanı, gerilim düşürücü ve gerilim bölücü olarak kullanılır. Kullanım amaçlarına göre sabit dirençler, ayarlanabilir dirençler, ısıya ve ışığa duyarlı dirençler olarak sınıflandırılabilir. Sabit dirençler: metal oksit, karbon, porselen, tel ve film dirençlerdir. u dirençler /2W, W, 5W, 0W vb. güçlerde bulunur. metal oksit dirençler W /2W /4W Dirençlerin güçleri boyutları ile orantılıdır (a) Film dirençler:ir yalıtkan üzerine solüsyon halinde sürülen karbon veya metal oksitlerden yapılır. Tel uçlar Film direnç Porselen dirençler: Siprial veya burgu şeklinde telden hazırlanan dirençlerin üzeri seramik veya porselen ile kaplanır. Sipirial şekilli film Metal kapaklar Seramik destek Şekil 3. a) Metal oksit, b) film ve c) porselen direnç örnekleri (b) (c) 8
Telli dirençler: Porselen üzerine direnç teli sarılarak yapılır. Metal kapaklar Seramik destek Kaplama malzemesi Şekil 3.2 Telli dirençlerin yapısı 3..2 Ayarlanabilir(variable) Dirençler Ayarlanabilir dirençler kullanım amacına göre trimpot(küçük ayarlanabilir veya çok dönüşlü dirençler), potansiyometre(dışarıdan kontrol edilebilir tekli veya çoklu, doğrusal ya da logaritmik olarak ayarlanabilir dirençler) ve sürgülü reostalar olarak gruplandırılabilir. u dirençler yalıtkan bir madde üzerine sürülen karbon solüsyon, metal oksit eriyikleri ve sarmal direnç teli üzerinde gezdirilen hareketli ortak uç ve bu uçun her iki tarafında bulunan sabit ayaklardan meydana gelir. Ortak uç sabit ayaklar arasında gezdirilirken, hareket istikametinde direnç azalırken diğer yönde ise direnç artar. Değişken direnç sembolü Sürgülü Potansiyometre Sabit uç A2 Ortak uç Sabit uç A Ortak uç Sabit uçlar (a) Trimpot yapısı İkili potansiyometre A A2 Şekil 3.2 a ve b Ayarlanabilir(değişken) dirençlerin yapısı (b) 9
3..3 azı Direnç Sembolleri ve Anlamları Sabit Değeri sıcaklık değişimine bağlı olmayan direnç T( º ) () -T T Termistör Sıcaklık artışına göre değeri düşen direnç T( º ) () +T PT Termistör Sıcaklık artışına göre değeri artan direnç T( º ) Foto direnç Üzerine düşen ışık şiddetine göre değeri azalan direnç 3..4 Dirençlerin enk Kodları ve Çözüm Yöntemi enkler Kodlar Siyah 0 Kahve Kırmızı 2 Turuncu 3 Sarı 4 Yeşil 5 Mavi 6 Mor 7 Gri 8 eyaz 9 Hata Yüzdesi Gümüş %0 Altın %5 Direnç irimi ohm() dur. =/A dır. K=000=0 3 M=0 3 K=0 3.0 3 = 0 6 =23x0 5 =2,3x0 6 Δ=23x 0 5.0/00 =23x0 4 Δ=(2,3x0 6 0,23x0 6 ) =? =? =? =? 0
3.2 Kondansatörler Kondansatörler elektrik yükü depo eden devre elemanlarıdır. Yapılarına göre sabit kapasiteli(düzlemsel levhalı, silindirik, seramik, plastik) ve değişken(variable) kapasiteli olmak üzere iki grupta incelenebilir. Değişken kapasiteli kondansatörler levhaları arasında kullanılan yalıtkan malzemenin cinsine göre sıvılı, havalı ve polimer yapılı olarak adlandırılır. Kondansatörler kullanım amaçlarına göre elektrolitik(kutuplu) ve kutupsuz(polimer veya seramikten yapılmış mercimek tipi) kondansatörler olarak sınıflandırılır. Kutuplu kondansatörlerin D uygulamalarında negatif ve pozitif uçlar potansiyel kaynağının mutlaka aynı isimli uçlarına bağlanmalıdır. Elektrolitik kondansatörlerin çalışma voltajları, kapasiteleri ve kutupları üzerlerinde belirtilir. Kutupsuz(mercimek tipi) kondansatörler polimer veya seramikten malzemeden yapılır. Değerleri Üzerindeki renk kodları ile veya doğrudan yazı ile belirtilir. Şekil 3.3 a)tekli, b) ikili, c)çoklu değişken kondansatörler.
3.2. Kondansatörün Kapasitesi Yalıtkan(ε) ir kondansatörün depolayacağı elektrik yükü kapasitesi(); plakalar arasındaki mesafe(d), plakaların yüzey alanı(a), ve kullanılan yalıtkanın yalıtkanlık sabiti( ) ile belirlenir. anot d A katot MKS biriminde A : m 2 d : m : farad 2 A( m ) ( farad ) d( m) 0 0 A d Arada yalıtkan varken ölçülen kapasite değeri oşlukta ölçülen kapasite değeri q( coulomb ) ( volt ) ( farad ) r oransal yalıtkanlık sabiti 0 _ 2 8,859 0 2 m 0 ε m 3 kg s 2 2 ir kondansatörün depolayacağı elektrik yükü(q); plakalara uygulanan potansiyel farkı() ile kapasitesinin() çarpımı ile verilir. 3.2.2 ir kondansatörün D Şarj ve Deşarjı Kondansatörler D ve A potansiyel farkı altında yüklenebilir. Elektrolitik kondansatörler D potansiyel altında belirli bir t süresi içerisinde eksponansiyel şekilde dolmaya başlar ve tam dolduktan sonra akım iletimini keser. Tekrar akım akışına izin vermek için deşarj edilmesi gerekir. Deşarj edilirken ani yük boşalmasına izin verilirse patlamaya neden olabilir. A potansiyel farkı altında yüklenen kondansatör bir periyotta dolma eğilimi gösterirken, diğer periyotta boşalma eğilimine girer. u dolma ve boşalma süreleri birbirine eşittir. q +q -q anahtar Şarj eğrisi Deşarj eğrisi q q Şekil 3.4 Kondansatörün D potansiyelde şarj ve deşarjı 0 ( e t t / ) 2
3.3 obinler obin;sarmal telden yapılmış akım taşıyan bir devre elemanıdır. obinler içlerinden akan akıma ters yönde çalışır. esleme akımı artarken, magnetik indüklenmeden dolayı bobin içinde ters yönde ve geçen akımı azaltmaya çalışan bir İndüksiyon akımı yaratılır. obinler bir yalıtkan malzeme üzerine sarılarak içleri boş olarak kullanıldığı gibi akım kazancını artırmak için içlerine grafit(kömür) veya bir demir çekirdek(üve) de konabilir. obinler genellikle elektronikte osilasyon üretmek amacılı olmak üzere Zil, öle, çeşitli Trafoların yapımında, Anten, Mikrofon ve Hoparlör yapımı gibi bir çok alanda kullanılır. L Sarılmış izoleli tel Ferit göbek L harfi ile sembolize edilir, irimi Henry(H) dir. H = volt.saniye/amper (obinde akımın Amper.saniyelik Amper.saniyelik değişimi sonunda voltluk potansiyel yaratması sonucu oluşan indüktansa karşı gelir.) Şekil 3.5 Akım bobini 3.3.2 Akım obininin Çalışma Prensibi Şekil 3.6(a) da verilen bobin devresinden akım geçişine izin verildikten itibaren, bobinin orta kısmında şekil 3.6(b) deki gibi bir magnetik akı değişimi yaratılır. Yaratılan bu magnetik akı değişimi bobin telinin içinde ters yönde bir akım(indüksiyon akımı) doğurur ve belirli bir süre sonra devre akımını() sabitler. obinin L potansiyel farkı; L L d dt ile verilir ve akımın değişim hızına bağlıdır. Depolan enerji ise; dw.. dt d dw L dt dt W L d 2 L 2 dir. Ampermetre Magnetik akı i L t Tek bir akım ilmeğinin meydana getirdiği magnetik alan (a) (b) 3
Şekil 3.6 Akım bobininde indüksiyon akımının(i) oluşumu 3.4 Transformatörler Transformatör; ir demir çekirdek veya ferit üzerine sarılmış primer(giriş) ile sekonder(çıkış) sargılarından oluşmuş devre elemanıdır. Primer sarım sayısı yüksek, sekonder sarım sayısı düşük olanlar trafolar voltaj düşürücü olarak adlandırılır. u trafoların primeri ince telden ve yüksek sarımlı, sekonderi kalın telden ve az sarımlıdır. Primer sarım sayısı düşük, sekonderi yüksek olanlar trafolar voltaj yükseltici olarak adlandırılır. Primeri ve sekonderi eşit sarımlı olanlar / dönüştürücü olarak adlandırılır. 3.4.2 oltaj Düşürücü Trafo Trafolar verilen güç = alınan güç prensibine göre tasarlanır. P ve p p s p P al s p, s dir s. p s p s s p Sarım sayıları voltaj ile doğru, akımla ters orantılıdır. Örnek Soru ve Çözümleri p p p s s s 4
Örnek: Primer sarımı 200 olan bir trafonun primerine 240 uygulanırsa sekonderinden 0 elde etmek için sekonder sarım sayısı kaç olmalıdır? Çözüm; p s p s 240 200 0? p s s s p s, s 200 0 2000 240 240 200 50 24 p p s Örnek:2 p =?A s =2A p =50 s =5 Şekildeki trafonun primeri kaç A dir? Çözüm; p s p p s p, 5 2 50 0. 2 A p 30 50 s p s 5 Örnek:3 Çözüm; 00 altında 200 yük depolayan bir kondansatörün kapasitesi kaç mikro farattır? q 200 2F 00 6 20 F Örnek:4 4 Çözüm; r= - =60 + =?A 5 r 60 ( 4 5) 60 20 3A 2 5
4. AKTİF DEE ELEMALA 4. Diyot 4.2 Transistörler 4.3 FET 4.4 UJT 4.5 Tristör 4.6 Triak 4. Diyotlar Diyotlar tipi ve P tipi iki yarı iletkenin birleştirilmesi ile oluşturulmuş temel aktif devre elemanıdır. ve P tipi yarı iletkenlerin birleştirilmesi esnasında yapıya değişik özellikler katılarak çeşitli amaçlara uygun diyotlar üretilir. Sadece A/D doğrultucu(omal DİYOT), voltaj sabitleyici(zee), ışık yayıcı(led), ışığa duyarlı(foto DİYOT), osilasyon üretici(tuel) gibi tipleri mevcuttur. + P P K P A u Şekil 4. ve P tipi iki yarı iletkenden oluşmuş normal diyot. ormal diyotlar, özel amaçlı üretilenlerin dışında, serisi olarak adlandırılırlar ve bunlar çeşitli güç ve voltajda üretilirler. A uygulamalarda doğrultucu görevi yaparlar. D uygulamalarda, Şekil 4.2 de görüldüğü gibi, bir yönde iletime geçerken, diğer yönde iletime izin vermez. P P e e e e =0 e Şekil 4.2 a) Doğru yönde polarizasyon b) Ters yönde polarizasyon 6
ormal bir diyotun akım-voltaj karakteristiği ve çalışma şartı Şekil 4.3 de verilmiştir. u şartların dışındaki uygulamalar diyotun yanma veya bozulmasına neden olur. Doğru çalışma bölgesi ozulma sınır bölgesi 0.2(Ge) 0.6(Si) İletimin sağlanması için gerekli min eşik gerilimi Şekil 4.3 ormal bir diyotun akım-voltaj karakteristiği ve çalışma şartı 4..2 Diyot ile A Akımın D Akıma Çevrilmesi Zaman ekseni boyunca pozitif ve negatif genliklere sahip olarak sinüs fonksiyonuna uygun olarak ilerleyen A voltajı, diyotlar vasıtasıyla, pozitif veya negatif yarım dalga D voltaj ile tam dalga D voltaja dönüştürülebilir. a) egatif ve Pozitif yarım dalga A/ D doğrultma Şekil 4.4 deki gibi normal bir diyotun Katotundan giren bir A sinyal veya voltajın sadece negatif kısmı geçerken, Anodundan giren A sinyal veya voltajın sadece pozitif kısmı geçer. K A A K (a) (b) Şekil 4.4 a)egatif yarım dalga A/D doğrultma, b)pozitif yarım dalga A/D doğrultma 7
b) Köprü diyotlu tam dalga D doğrultma Hazır köprü diyotun veya Şekil 4.4 deki gibi aynı cins dört diyot diyottan oluşturulmuş köprü diyotun A girişlerine trafo veya herhangi bir A kaynağın çıkışları bağlandığında ortak anot ile katot noktaları arasında doğrultulmuş bir potansiyel farkı görülür. Şekil 4.4a da elde edilen parazitli doğrultma, çıkışa uygun bir kondansatörü bağlanarak filtre edilir ve tam doğrultma sağlanır. (a) Şekil 4.5 Köprü diyotlu doğrultma a) Filtresiz doğrultma, b) Filtreli doğrultma (b) 4..3 Zener Diyot Zener diyotlar belirli bir voltajı sabitlemek, potansiyel kaynaklarının çıkışlarındaki dalgalanmayı önlemek ve devre elemanlarının karalı halde çalışmasını sağlamak için kullanılır. İhtiyaç duyulan çeşitli güç ve voltajlarda üretilir. Uygulamalarda normal diyotların tersine, katodu + voltaja veya toprağa, anodu ise voltaja bağlanır. ağlandığı noktada Ge veya Si tabanlı olmasına göre, sırasıyla 0,2 veya 0,6 civarındaki potansiyeli üzerinde depoladığı için regüle edilecek voltajın miktarını belirlerken mutlaka bu durum göz önüne alınmalıdır. Örneğin 9 luk bir regüle için Ge tabanlı bir zener kullanılacaksa 9,2 zener gerekir. Yük üzerindeki fazla voltaj üzerinde kalır. = Ç - L, Z = L içinden akan akım ne olursa olsun, zener L üzerindeki voltajı sabitlemeye çalışır. egülesiz Güç Kaynağı Ç L Yük üzerindeki voltaj zener voltajına eşittir. ( L = Z ) Şekil 4.6 Zener diyotlu voltaj sabitleme(regülasyon) devresi 8
4..4 şık Yayan Diyot(LED) LED ler Ga tabanlı yarı iletkenlerin oluşturulması esnasında, Ga içine katılan (enjekte edilen) bazı maddelerin elektronları, dışarıdan yapılan uyarımlar sonucu, bulundukları enerji seviyelerinden bir başka enerji seviyesine geçiş yaparlar. u geçişler esnasında aldıkları enerjiye uygun olan dalga boyundaki bir ışığı yayarak tekrar karalı hale geçerler. Yayılan ışığın dalga boyunu katılan maddenin tipi belirler. una göre kırmızı ışığı Ga içine katılan P (fosfor) belirler. Diğer katkı maddeleri ile sarı, yeşil, turuncu, mor ve renksiz(kızılötesi) renklere karşı gelen gagla boyunda ışık elde edilir. Elektronik devrelerde ikaz amaçlı ve gösterge lambası olarak kullanılmasının yanında, Şekil 4.6 da görüldüğü gibi rakam, harf ve çeşitli sembollerin ifadesinde display olarak kullanılır. Çalışma gerilimleri 2-3, maksimum akımları ise 20mA civarındadır. LED sembolü Şekil 4.7 LED sembolü ve uygulaması 4..5 Foto Diyot şık foton olarak adlandırılan küçük enerji taneciklerinden oluşmuştur. İçine çok miktarda yabancı madde katılmış P tipi yarı iletkenden oluşan P- birleşimli bir diyotun ara bölgesine düşen fotonlar bu bölgedeki elektronlara enerjilerini aktararak akıma neden olurlar. u olaya foto elektrik olayı denir. u etkiden faydalanılarak da foto diyot yapılmıştır. Ters akım Ters akım (ma) şık şiddeti Şekil 4.8 Foto diyot 9
4.2 Transistörler (Genel amaçlı) tipi ve P tipi yarı iletkenlerin değişik kombinezonları şeklinde birleştirilmesinden oluşturulmuş elektronik devre elemanlarıdır. Genel olarak Kolektör(), az() ve Emiter(E) olarak üç bacağı bulunur. azen üçüncü bacak aynı zamanda şase(dış kılıf) ile ilintilidir. P tipi transistör; İki tipi yarı iletken arasına bir P tipi yarı iletkenin yerleştirilmesi ile oluşturulan transistör tipidir. P E E PP tipi transistör; İki P tipi yarı iletken arasına bir tipi yarı iletkenin yerleştirilmesi ile oluşan transistör tipidir. P P E E 4.2.2 Transistörlerin Çalıştırılması P ve PP tipi Transistörler işlevsel açıdan benzer amaçlar için kullanılmalarına rağmen, elektriksel karakteristikleri açısından birbirinden farklıdır. P tipi transistörü iletime geçirmek için kolektör ve bazına (+)pozitif voltaj uygularken, emiterine (-)negatif voltaj uygulanmalıdır. PP tipi transistörü iletime geçirmek için kolektör ve bazına (-)negatif voltaj uygulanırken, emiterine (+)pozitif voltaj uygulanmalıdır. E = + Şekil 4.9 P ve PP tipi transistörün iletim voltajları, P tipi transistörün çalışması 20
4.2.3 Transistörlerin Akım Kazancı Transistörler bazlarına uygulanan çok düşük bir tetikleme geriliminin neden olduğu baz akımı oranında iletime geçerek, kolektörlerinden geçen akımını emiterlerinden yayarlar. undan dolayı; E = + dır. Kolektör akımının baz akımına oranı transistörün kazanç faktörü olarak adlandırılır. Akım kazancı; h fe Transistörlerin güçlerine göre plastik ve metal tipleri mevcuttur. Kullanım amaçlarına göre çıkış katı(güç transistörü), ara frekans katı(f transistörü), darlington(akım kazançlı transistör), sürücü(low power transistör), yüksek kazançlı (yükseltici transistörler) ve foto transistörleri olarak adlandırılır. Transistörlerin Kolektör akımının Emiter akımına oranına alfa akım kazancı denir. Alfa akım kazancı; E, Örnek- =20 0 Anahtar 000 E Şekildeki devrede; =20, =0 E =5, =000 E =8 ise =?ma, =?ma, =? Çözüm- 2 0., E 20 8 2. 5 000,2 A 200 ma, E 20 5 5 0,05A 5mA 200 5 80 2
Örnek-2 Şekildeki transistör için anahtar kapatıldığında E =0.6, E =0,2 olarak ölçülmüştür. =KΩ ve, =00 olduğuna göre; a) lambadan kaç ma akım geçer? b) lambanın direnci kaç Ω dur? Çözüm-2 9,4 9,4 0,0094A 000 A 000mA ise 9.4mA olur. 940mA, 0 0,6 00 9,4 Lamba üzerinde 0-0.2= 9.8 kalır. Transistör iletimde olduğunda E = = 0.2 olarak ölçülmüştür. Örnek-3 Çözüm-3 Emiteri topraklanmış P tipi E bir transistörün; 00 60 40 E =60,, =00, ve 40 =0mA ise 40.00 0,0A direnci kaç ohm dur? 4000 4K 22
4.3 FET Tipi Transistörler FET (Field Effect Transistors) transistörlerde akım pn eklem yerlerinde oluşan elektrik alanı ile kontrol edilir. u transistörlerde ollector(drain), Emiter(Source) ve ase(gate) olarak adlandırılır. Empedansları çok yüksektir(0 0 Ω dır. Çalışma prensipleri aynı olmasına rağmen uygulanan polarma gerilimine göre iki gruba ayrılırlar. a) Kanal FET: tipi madde içine iki tane P tipi madenin yerleştirilmesi ile oluşur. Drain Source Source Gate Drain P P a) Şekil 4.0 a)yüzeye dik kesit, b)yüzeyin üstten görünüşü P b) Gate kanal FET in p tipli kısımları birleştirilerek(gate), - voltaj ile polarize edilir. u polarizasyon kaynaktan(source) Dirain e giden elektronları kontrol eder. Gate gerilimi yükseldikçe dirain akımı sabit kalır. Sembolü; G D S b) P Kanal FET; P tipi yarı iletkenin içine iki tane tipi maddenin katılması ile meydana gelir. tipli maddeden oluşan iki kısım birleştirilerek + voltaj uygulanır. Sembolü; G D S Örnek 4 kanallı bir yükselteç 2 + DS giriş G D S çıkış 3 2 23
4.4 UJT (Uni Junction Transistor) Transistörler Tek birleşimli transistörler(ujt) küp yada çubuk şeklindeki tipi silisyum parçanın üzerinde açılan oyuğun içine belirli oranda P tipi maddenin enjekte edilmesi ile yapılır. u enjekte edilen P maddesi emiter girişini oluşturur. 2 E 2 Emiter a) b) Şekil 4. a) UJT nin yapısı, b) UJT nin sembolü Örnek 5 UJT ile yapılmış bir osilatör devresi 2 + 2 çıkış 24
4.5 Tristörler(S) Tristörler P ve tipi yarı iletkenlerin PP şeklinde istiflenmesi ile oluşmuş kazançları çok yüksek ve çok hızlı iletime geçebilen devre elemanlarıdır. A A P G A P A G G G P P K K K K a) negatif voltaj tetiklemeli a) pozitif voltaj tetiklemeli Şekil 4.2 Tristörün yapısı ve sembolü Tristörler Gate lerine küçük bir sinyal uygulanmadan iletime geçmezler./000 s de iletime geçebilen tristörlerin iç dirençleri 0,2 kadar düşebilir. u yüzden mutlaka anoduna bir koruyucu direnç bağlanmalıdır. Tristörler dc çalışırken birkere tetiklenmesinin ardından anot akımı kesilene kadar çalışmaya devam eder. Çalışması için Gate akımının devamlı akması şart değildir.u özelliği ile otomatik kontrol ve alarm devrelerinde yoğun olarak kullanılır. Örnek 6 Tristör kontrol ve alarm devresi S 2 2 S 2 S G A azır 220 A S 2 G A K Lamba Tristorlu alarm kontrol devresi K Tristorlu lamba devresi 25
4.6 Triac(Triaklar) Triak iki tristörün birleştirilmesi ile meydana gelen bir alternatifakım anahtarıdır.alter natif akımda her iki yönde akım geçirir. Gate uygulanan +dc, -dc ve ac ile tetiklenebilir. A2 P G P P P A2 A G A Triaklar yüksek akımlı güç kontrol devrelerinde kullanılır. Örnek 7. Triakın tam ve yarım dalga çalıştırılması M S 2 220 A A2 G A Tam ve yarım dalga Triak kontrollü motor 26
5. ÖLÜM: MİKO İŞLEMİLE 5. Yükselteçler 5.2 İşlemciler 5.3 Karşılaştırıcılar 5. Yükselteçler Yükselteçler giriş empedansı yüksek, çıkış empedansı küçük devre elemanlarıdır. u özelliklerinden dolayı giriş sinyalini bozmadan ve kazançları oranında yükselterek çıkışa verirler. Yükselteçler amaçlanan hedefler doğrultusunda ve Şekil 5. de görüldüğü gibi, içlerinde değişik miktarda transistör, direnç, kondansatör, diyot ve bobin bulunan çok küçük hacimlerde tasarlanıp üretilmektedir. (a) (b) Şekil 5. Genel amaçlı dual(çift) M458 yükseltici(amplifier) entegre devresinin a)paket yapısı ve tekli gösterim sembolü b)tek yükseltecin içyapısı u ve benzeri devre elemanlarına dışardan yapılan az sayıdaki elektronik devre elemanları ilavesi ile çok sayıda elektronik devre basitçe tasarlanabilmektedir. Genel olarak tasarlanan yükselticiler, entegral alıcılar, toplayıcılar, diferansiyel(türev) alıcılar ve fark alıcılardır. 27
5..2 Eviren Yükselteçler(İnverting amplifier) Eviren yükselteçler giriş sinyali voltajını yükseltir ve tersine çevirerek çıkışa aktarırlar. Çıkış sinyali genliğinin( ç ) giriş sinyali genliğine( g ) oranı yükselteçlerin kazanç faktörü veya katsayısı olarak tanımlanır. una göre kazancı yüksek olan yükselteçler tercih edilir. Giriş empedansı çok yüksek ve her frekans aralığında maksimum kazancı sağlayan yükselteçler ideal olarak nitelenir. 2 2 + 2 g Z - ç + g 2 Z Z 2 ç + (a) Şekil 5.2 a)eviren yükselteç b)eviren yükselteç eşdeğeri ve devre analizi (b) a)da verilen yükseltici devrenin eşdeğer devre çözümü b)de verilmiştir. Yükseltecin Z ile tanımlanan iç direnci(empedansı) çok yüksek ve üzerinden geçen z empedans akımı çok küçüktür. Eşdeğer devrenin ve 2 nolu akım halkalarına ait kapalı devre denklemi yazılırsa; E olur. Her iki denklemde z çok küçük olduğundan; g ç g ç z 2 0 den Z, den, den 2 2 Z 0 () 0 (2) z 2 2 g ç 2 (3) (4) elde edilir. z, ve 2 ile karşılaştırıldığında çok küçük olduğundan = 2 olarak yazılabilir ve bu durumda (3) ve (4) denklemlerinden; g Ç ç 2 veya 2 g elde edilir. u durumda yükseltecin kazancı 28
29 ile ifade edilir. 5..3 Evirmeyen Yükselteç(on inverting amplifier) Evirmeyen yükselteçler giriş sinyalinin görünümünü değiştirmeden ve yükselterek çıkışa aktarırlar. Yükseltecin giriş empedansı çok yüksek(sonsuz) olduğundan içinden akım akmaz u durumda devrenin eşdeğeri şekildeki gibi düşünülebilir. ve 2 numaralı akım halkalarına kapalı devre kuralı uygulanırsa; Şekil 5.3 Evirmeyen yükselteç ve devre analizi (2) ve (3) denklemlerinden; (5) 2 A g ç - + 2 g ç 2 (3) 0 (2) 0 0 0 () 0 0 ) ( 2 2 olur Z dan Z dan E ç g z z z z g n İ i i 2 2 2 ç + - + g _ Z z. 2 2 2 2 2 2 bulunur A ve g ç g ç g ç
5.2. İşlemciler 5.2. Fark(Subtracting) Alma İşlemcisi Fark alma yükselteçleri negatif(-) ve pozitif(+) girişlere uygulanan potansiyel veya sinyallerin farkını alarak kazanç oranında yükselterek çıkışa verir. 2 A ç ç 2 A ( 2 g ( g 3 ) 3 ) g + - 3 3 ç Şekil 5.4 Fark alma işlemcisi 5.2.2 Toplayıcılar(Summing Amplifeir) Toplayıcı yükselteçler arklı noktalardan gelen potansiyel farklarını veya sinyallerini toplayarak çıkışa verir. 2 + 2 A ç A ( ) 3 3 3 3 - ç Şekil 5.5 Toplayıcı işlemci 30
5.2.3. Türev Alıcılar(Differantional Amplifeir) kondansatörü dolmasının ardından direnci üzerinden boşalarak çıkış sinyalinin dikleştirir. u durumda kondansatörünün depoladığı yük miktarı q=. dir. (akım) birim zamandaki yük değişimi olduğuna göre; + g - ç Şeikil 5.6 Türev alma işlemcisi q İ dt g olur. d dt olur. sin( wt ) den g dt ( w Elde edilen bu ifade çıkış sinyalinin giriş sinyalinin diferansiyeli(türevi) olduğunu göstermektedir. 0 dg w dt w g, Z g ç ç A g 0 cos( wt ) w Z ve g ; w olur. g g g veya w d ) dt Z ( empedans) w g g bulunur. olur. 3
5.3 Karşılaştırıcılar(omparator) Karşılaştırıcı işlemciler fark alma yükselticilerine benzer olarak pozitif ve negatif girişlere uygulanan sinyal genliklerine göre çıkışa işaret gönderirler. Şayet ; ; ise, ise ç ç 0 ve 0 olur. + + - - ç Şekil 5.7 Karşılaştırıcı işlemci Örnek.5. Sıcaklık sensörlu otomatik fan devresi +2 LM30 + Sensör E 23055 _ 2 LM30 karşılaşıcı entegre devre elemanı, istenilen sıcaklığa karşılık gelecek şekilde önceden belirlenmiş 2 direncinin üzerindeki potansiyel farkını, sensorun algıladığı sıcaklığa eşdeğer potansiyel farkı ile karşılaştırır. Fark pozitif ise 23055 transistoru, bazına yapılan tetikleme ile, iletime geçir ve fanı çalıştıracak akım akışına izin verir. Fark negatif ise transistor iletime geçmez ve fanın çalışması durur. 32
6. ÖLÜM: SESÖLE 6. Termik(sıcaklık) direnç sensörleri 6.2 Mekanik ısı sensörleri 6.3 sıl çiftler(termocouple) 6.4 Optik sensörler 6.5 asınç sensörleri 6.6 Otomotivde kullanılan diğer sensörler Sensorlar bulundukları ve kontrol altında tuttukları çevrelerindeki birtakım fiziksel veya mekaniksel bir değişimi analog olarak elektriksel işaretlere dönüştürerek mikro işlemcilere veya merkezi işlem ünitelerine iletirler. Sensorların gönderdiği bu analog işaretler voltaj, frekans veya direnç gibi değişiklikler olabilir. 6. Termik(Sıcaklık) Direnç Sensörleri Direnç değerleri sıcaklık değişimine göre değişen elektronik pasif devre elemanlarıdır. İstenen amaçlar doğrultusunda, T (negatif termik iletken)ve PT (pozitif termik iletken) olarak üretilmektedir. unlar sıcaklık değişimine karşı doğrusal ve logaritmik direnç değişimi gösterecek yapıda üretilirler(şekil 6.). -T T Termistör Sıcaklık arttıkça direnç değeri düşer () T( º ) +T PT Termistör Sıcaklık arttıkça direnç değeri de artar () T( º ) Şekil 6. Termistörler 33
6.2 Mekanik sı Sensörleri sıya karşı duyarlı farklı uzama katsayılarına sahip iki metal parçalarının birer veya ikişer uçları puntolanarak, daha çok elektrik devrelerinde ve ısıtıcılarda kullanılan, mekanik sıcaklık sensorları yapılmaktadır. λ > λ A ve T =23 A metali λ > λ A ve T > 23 metali Şekil 6.2 Mekanik sıcaklık algılayıcı 6.3 sıl Çiftler(Termocouple) Farklı elektron dağılımına ve elektronik yapıya sahip iki iletken tel (bakır konstant veya krom-nikel gibi) yüksek gerilim altında ark kaynağı ile birleştirilerek ısıl çift(termocouple) olarak adlandırılan, yüksek sıcaklıklara kadar çıkılabilen ve yüksek duyarlığın olan ısıl sensörler elde edilmektedir. Özellikle araçların motor hararetlerinin ve klima sistemlerinin sıcaklık kontrolü bu sensörler ile sağlanmaktadır. Yüksek gerilim altında meydana gelen birleşme(junction) bölgesinde küçük bir elektron dengesizliği meydana gelir. u bölgenin ısıtılması ile bölgenin elektron fazlalığı olan tarafından eksik olan tarafına bir elektron hareketi, dolayısı ile bir akım akışı, meydana gelir. Sıcaklığa bağlı olarak akımda doğrusal bir oranda değişir. u değişim işlemciler vasıtasıyla değerlendirilir. r i Yüksek voltaj ark kaynağı Şekil 6.3 r-i ısıl çift yapısı 34
6.4 Optik sensörler ve P tipi yarı iletkenlerin birleştirilmesi esnasında birleşim bölgesine çeşitli katkı maddeleri ilave edilir. irleşme bölgesinde yerleşmiş bulunan elektronlar eşik gerilimini aşacak düzeyde, bir enerji uyarımına maruz kaldıklarında harekete geçer. Elektronların aktivitesi veya hareketliliği, eşik geriliminin üzerinde olan her uyarım voltajı ile orantılı olarak artar. u tip sensörlerin uyarım voltajları çeşitli dalga boylarındaki ışık veya foton ile karşılanır. Foto diyotlar, foto transistorlar ve foto dirençler bu tip sensörlerdendir. u sensörler görünür ışık bölgesinden kızıl ötesi dalga boyuna kadar bir enerji seviyesinde algılama yapabilirler. Güneş pilleri(solarcell) de bazı önemli devre uygulamalarında algılayıcı olarak kullanılmaktadır. Özellikle far kontrol, hız ve devir sayısı, yakıt kontrol gibi amaçlar için kullanılır. 6.5 asınç sensörleri asınç sensörleri piezoelektrik maddelerden yapılır. azı kristal yapıya sahip dielektrik maddelerin örgü noktalarına yerleşmiş bulunan atomların elektronları, belirli yönlerden sıkıştırmaya maruz kaldığında, yapı içindeki yük dağılımı dengesizliği yaratılır. Yük dağılımındaki bu dengesizlik iki elektrot arasına sıkıştırılmış piezoelektrik kristalinin elektrotları arasında bir potansiyel farkının oluşmasına neden olur. Meydana gelen bu potansiyel farkı piezoelektrik maddenin etkisinde kaldığı basınç ile doğru orantılıdır. asınç sensorları genel olarak, mümkün olan en yüksek sıkıştırma oranının kullanılarak ideal yanmanın oluşması amacı ile, motorların silindir kapağına, blok veya emme manifolduna yerleştirilir. 35
6.6 Otomotivde kullanılan diğer sensörler ) Oksijen(Lambda) sensörü; İyi bir yanmanın sağlanması için hava ve yakıt miktarı oranının (hava/yakıt=4,6) tespiti için kullanılır. Motor ile konvektör arasındaki egzoz borusuna veya doğrudan konvektör üzerine takılır. Sadece kurşunsuz yakıt kullanan araçlarda kullanılan Oksijen sensörü galvanik bir pildir. İç kısımda bulunan çinko oksit(zno 2 )dışarıdan ince delikli platin elektrot tabaka ile kaplıdır. İç kısım temiz hava ile temasta ve dış kısım egzoz gazına açıktır. Sensor içindeki ısıtıcı ile 300 dereceye kadar ısıtılır ve çinko oksidin iletken hale gelmesi sağlanır. u iletkenlik negatif oksijen iyonlarını çekmeye ve platin elektrotlar üzerinde toplanmasına neden olur. İç ve diş elektrotlar üzerinde toplanan oksijen miktarındaki farklılık elektrotlar üzerindeki potansiyelin farklı olmasına neden olur. u fark algılanarak işlemcilere iletilir. 2) Krank mili ve eksantrik sensörü; Krank üzerinde bulunan diskin çıkıntılarını izleyerek EU ya ateşleme sistemini nezaman harekete geçirmesi gerektiğini iletir. Eksantrik sensörü; nolu silindirin bilgisini EU ya göndererek ateşleme ve sıralı yakıt püskürtme sisteminin çalışmasını denetler. 3) Gaz kelebeği sensörü; Gaz kelebeği pozisyonunu ve sürücünün gaz pedalını nasıl kullandığı konusunda EU ya bilgi iletir. 4) Hız sensörü; EU ya aracın hızı hakkında gerekli işaretleri verir. 5) Manifold basınç sensörü; u sensör motorun ürettiği vakum miktarına göre EU ya bilgiler gönderir. Sensorun gönderdiği yükseklik ve hava koşulları ile değişen atmosferik basınca ilişkin veriler ateşleme/yakıt sisteminin bulunulan yüksekliğe adaptasyonunu sağlar. 36
7. ÖLÜM: ELEKTOİK KOTOL ÜİTESİ(EU veya PU) 7. Giriş Teknolojinin gelişim sürecine paralel olarak insanlar daha konforlu ve daha ekonomik yaşam koşullarına sahip olabilmenin arayışı içine girmiştir. İnsanların sadece mekanik ve elektrik donanımlara sahip araçlar ile yapmak zorunda oldukları seyahatlerde karşılaştıkları eziyetler, otomotiv üreticilerini arayış içine sokmuştur. İklimsel değişimlerin araç sürüşünde yarattığı olumsuzluklar, kontrol edilemeyen performans değerleri sonucundaki verim düşüklüğü ve sürüş emniyetsizlikleri, önceden kestirilemeyen teknik arıza ve sebepleri, kullanılan yakıt türlerindeki azalmaya karşılık artan yakıt maliyetleri ile her geçen gün çeşitlenerek artan konforlu sürüş isteği bu durumu zorunlu kılmaktadır. Otomotiv üreticileri bu maksatla elektroniği, araçların mümkün olan her sisteminde, kullanmayı hedefleyerek buna uygun donanımlar ve yazılımlar üretmeye ve bu konudaki yan sanayinin gelişmesine neden olmuşlar ve olmaya da devam etmektedirler. 7.2 EU nün Yapısı ve Görevleri Elektronik kontrol ünitesi, aracın muhtelif yerlerine ve kullanım amaçlarına göre yerleştirilmiş sensorlar ile toplanan bilgileri, hafızaya önceden kaydedilmiş veya son işlem basamağında kayıtlı kalmış bilgiler ile derleyerek uygun komutlar halinde çıkışa sunar. Temel olarak Şekil 7. deki gibi giriş çıkış üniteleri ve bunlar arasındaki işlemciden oluşur. Daha ayrıntılı örnek bir yapı Şekil 7.2 gösterilmektedir. Araç ile ilgili bilgiler sensorlar aracılığı ile analog veriler halinde toplanır. unlar A/D dönüştürücüler ile sayısal verilere dönüştürülür ve derlenmek üzere mikro işlemcilere iletilir. Derlenen veriler hafıza ciplerinde kayıtlı bilgiler ile karşılaştırılır. Düzeltilmesi gerekli bilgiler varsa düzeltilerek, yoksa olduğu gibi uygulanmak üzere ilgili sistemlere aktarılır. Sensorlar Giriş Mikro işlemci Çıkış Kontrolör Şekil 7. EU Temel yapısı 37
AKÜ Kontrol Sensörü Yakıt Püskürtme Ateşleme Kontrol Eksoz Pozisyon Sensörü Devir Sensörü DSP İşlemcisi H- Köprü Sürücü Yakıt Pompası Sürücüsü Oksijen Sensörü Hava Akış Hızı Sensörü A/D Çevirici A us Sürücü Güç Çıkış Kontrolü Kelebek Pozisyon Sensörü Güç Çıkış Kontrolü Güç Çıkış Kontrolü Sıcaklık Sensörü Şekil 7.2 Örnek bir elektronik kontrol ünitesi blok yapısı(eu) 38
7.3 EU Kontrollündeki Sistemler.Ateşleme sistemleri a) Analog ateşleme sistemleri b) Dijital elektronik ateşleme sistemleri 2. Yakıt püskürtme sistemleri 3. ites kutuları Elektronik kontrollü Otomatik vites kutuları 4. Aktarma organları sistemleri 5. Elektronik kontrollü diferansiyel kontrol sistemleri 6.Elektronik kontrollü direksiyon sistemleri 7. Kilitlemesiz fren sitemleri(antilog reak System; AS) 8. Taşıt denge programı(esp) 9. Çekiş kontrol sistemi(as) 0.Patinaj kontrol sistemleri(ts).elektronik kontrollü süspansiyonlar(elektronik Suspension System(ESS), Active supension sistemleri(ass) 2. Elektronik hız sabitleme sistemi(ruise ontrol) 3.Elektronik sürücü-yolcu güvenlik sistemler a) Sürücü yol ve bilgi sistemleri b) Sayısal hız ölçer c) Yol bilgisayarı d)taşıt denetim sistemi e)elektronik motor kilidi(immmobiliser-yol vermez) d) Emniyet kemeri e)hava yastığı f)araçlar arası mesafe kontrolü g)elektronik kontrollü havalandırma/klima h)elektronik ayarlı koltuk sistemleri 39
7.3. Analog Ateşleme Sistemleri a) Klasik tip ateşleme sistemi Klasik tip ateşleme sistemlerinde kontak anahtarının çevrilmesi ile obinin girişine(primer sarımına)verilen 2 luk gerilim, bobin çıkışında(sekonderde)8 25 K(kilo volt) değerine yükselir ve distribütör vasıtasıyla bujilere gönderilerek deşarjı sağlanır. Kam miline bağlı olarak dönen platin kesicisi platinler arasında açılma meydana getirir. u esnasında oluşacak kıvılcım atlamalarını önlemek için platin uçları arasına paralel bir kondansatör(meksefe) bağlanır. Ancak zamanla platinler üzerinde oluşan oksitlenme(meme) ateşlemede sıkıntılar yaratması sonucu zamanla bu ateşleme sistemi terkedilmiş ve yerini çeşitli firmalar tarafından geliştirilen elektronik ateşleme sistemleri almıştır.. +2 giriş giriş obin 8-25 K çıkış çıkış Distribütör Kondansatör Pilatin kesici Pilatin ujiler Şekil 7.3 Klasik tip(kettering) ateşleme sistemi 40
b) Mekanik kesicili, transistorlu ateşleme sistemi Kontağın açılması ile birlikte direnci ile sınırlanan çok küçük bir baz akımı platinler üzerinden akarak, transistorun bazını tetikler ve transistorun iletime geçmesini sağlar. İletim geçen transistor bobinin primer akımını emiter üzerinden toprağa verir. Sürekli ardışık olarak tetiklenen transistor sekonder bobininde yüksek bir indüksiyon akımının doğmasına neden olur. Meydana gelen bu akım distribütör üzerinden bujilere aktarılarak ateşlemeyi sağlar. +2 obin 8-25 K Kontak giriş çıkış Distribütör giriş çıkış Platin Platin kesici Akü E ujiler Şekil 7.4 Mekanik kesicili ve transistorlu ateşleme sistemi c) Kapasitif deşarjlı ateşleme sistemleri(d) u ateşleme sisteminde yüksek gerilim farklı bir yöntem ile meydana gelir. Aküden sağlanan 2 gerilimi yüksek frekanslı D/A dönüştürücü ve ön yükselteç vasıtası ile önce 350-400 D değerine yükseltilir. u gerilim kondansatör üzerinden bobinin primer sargısına verilerek bobinin sekonder ucundan 40000 ateşleme voltajının elde edilmesine neden olur. Şekil 7.5 S tetikleme kontrol sinyalinin üretilmesinde, magnetik alanın belirli aralıklarla önünden geçen bir demir metal tarafından kesintiye uğratılması prensibinden faydalanılır. u alan değişimi hall sensorundaki hall akımının veya indüktif sensordaki bobinin indüksiyon akımının değişmesine neden olur( Şekil 7.6). u ateşleme sisteminin avantajı yüksek hızlarda daha çabuk ateşleme imkanı vermesi ve yüksek performans sağlamasıdır. 4
D Yüksek voltaj üreteci Tetikleme kontrol ünitesi Tristör (S) Kondansatör Distribütör Kontak Akü ujiler Şekil 7.5 Kapasitif deşarj ateşleme sistemi(d) a) Şekil 7.6 Tetikleme sinyalinin oluşumu; a)hall sensörü b) İndüksiyon sensör yapısı b) 42
7.3.2 Sayısal Ateşleme Sistemleri Sayısal elektronik ateşleme sistemleri tamamen mikro işlemci kontrolünde ateşleme sağlayan sistemlerdir. u sistemde en ideal ateşlemenin olabilmesi için gerekli şartlar üretim esnasında mikro işlemciye yüklenir. Aracın çalışması esnasında ateşleme sistemi ile ilgili birimlerinde oluşan şartlar çeşitli sensorlar ile algılanır ve mikro işlemcide kayıtlı bilgiler ile karşılaştırılır. u işlem sonucunda meydana gelen sapmalara ait gerekli düzeltme komutları belirlenerek ilgili birimlere uygulanmak üzere gönderilir. Sayısal elektronik ateşleme sistemleri kapasitif(d) veya indüktif(d) deşarj prensibine göre ateşleme yapan sistemleri kullanılır. Motor yönetimi sistemlerinde elektronik olarak kontrol edilen temel unsurlar;.yakıt sistemi, 2.bujilerin ateşlenme sırası, 3.ateşleme zamanıdır. Motor üzerindeki en önemli sensörler; (krank veya üst ölü nokta pozisyonunu belirleyen) açı sensoru, motora giren havayı kontrol eden hava akış sensoru ve gaz kelebeği sensoru, motor sıcaklık sensörü, oksijen sensörü ve vuruntu sensörü. Motor yönetim sistemleri silindirin ihtiyacı olan yakıt miktarını belirler. elirlenen yakıt miktarının girebileceği kadar süre enjektörü açık tutar ve tam yanmanın oluşma zamanında bujilerin kıvılcım oluşturmasına sebep olur. azı motor yönetim sistemleri orijinal bobin ve buji yapılanmasını kullanılırken, bazıları da bobin ile bujinin aynı çatı altında tasarlandığı ve her silindir için ayrı ayrı monte edilen distribütörsüz ateşleme sistemini kullanmaktadır(şekil 7.7). Daha önceleri analog bilgisayarlar ile yapılan bu kontrol işlemleri, gelişen yarı iletken ve yüzey montaj teknolojileri sonunda birçok farklı işlemi aynı anda ve bir çatı altında yapabilen çiplerin(yongaların) üretilmesi sonucu sayısal olarak yapılabilir hale gelmiştir. KOTOL MODÜLÜ Kontrol sinyalleri 2 Akü E + E + E + E + 43
Kontrol sinyali +2 E Şekil 7.8 Distribütörsüz dijital elektronik ateşleme sistemi 7.3.3 Yakıt Püskürtme Sistemleri İçten yanmalı motorlarda motorun verimli çalışabilmesi için homojenliği sağlanmış ve en üst düzeyde atomize olmuş yakıt /hava karışımına ihtiyaç vardır. Araçlarda bu durum karbüratör veya yakıt püskürtme sistemleri ile sağlanır. 970 li yıllardan itibaren karbüratör sistemi terk edilmeye başlanmış yerini püskürtmeli enjeksiyon sistemleri almaya başlamıştır. Püskürtme işlemi modern bir motorun performansını, yakıt ekonomisini ve düşük emisyon seviyesine belirleyen en önemli faktördür. undan dolayı çeşitli yakıt püskürtme teknikleri geliştirilmiştir. Yakıt püskürtme işlemi doğrudan yanma odasına(emme mani foldun önüne) yapıldığı gibi emme manifoldunun arkasına da yapılabilir. Doğrudan yakıt odasına yapılan püskürtme işlemi(d), yüksek basınç atındaki motorun karmaşık senkronizasyon işleminde yaşanan zorluk, tehlike ve pahalı olmasından dolayı benzinli motorlarda tercih edilmemektedir. Yakıtın alınan havanın içine püskürtüldüğü Endirekt püskürtme(d) sistemlerinde enjektörler motorun zamanla faaliyetine ihtiyaç duymazlar ve kontrolü kolaydır. Yakıt miktarının emilen hava basıncına göre düzenlendiği sistemlerde enjektörler motor çalıştığı sürece devamlı püskürtme yaparlar( K-Jetronik). Elektronik enjeksiyon sistemleri, tek noktalı püskürtme(sp) ve çok noktalı püskürtme(mf) olarak iki tip dir. a) tek noktalı püskürtme(sp);emme manifolduna yakıt gönderen tek bir magnetik enjektör bulunmaktadır. Yasalar ile belirlenen emisyon değerlerine daha kolay ulaşılması, katilik konverter ile uyumlu çalışması ve yakıt tasarrufu sağlaması bu sistemi tercih edilebilir kılar. 44
Enjektörler EU ile kontrol edilen elektromekanik bir mekanizma olup enerjilendirildiğinde içerisindeki bobin memeyi yerinden kaldırarak basınç altındaki yakıtın püskürtülmesini sağlar. b) çok noktalı püskürtme(mf); Çok noktalı enjeksiyon sistemlerinde her silindire bir enjektör hizmet etmekte ve bunlar emme manifoldunun içerisine portlara yakın yerleştirilmiştir. En çok kullanılan tipi aralıklı yakıt püskürten ve elektronik kontrol modülü(eu) tarafından yönetilen enjeksiyondur. u sistemler basit ve ucuzdur. EU Enjektör Sürücü. Hava Akış Hızı Ölçer Anahtar Sensor Girişleri Hava Filtresi Enjektör Ateşleme Yakıt asınç egülâtörü obin Sinyal Kaynağı Hız O2 Sıcaklık Kelek Açısı Hava Akış Hızı Yakıt orusu Yakıt Filtresi Yakıt Geri esleme orusu Yakıt Tankı Yakıt Pompası Şekil 7.8 Elektronik kontrollü yakıt sistemi şeması 45
Şekil 7.9 Elektronik kontrollü yakıt sistemi blok şeması a) b) Şekil 7.0 a)elektronik yakıt enjektörü b) Elektronik yakıt enjektörü kesiti 46
7.3.4. Aktarma Organları Kontrol Sistemleri Aktarma organları bünyesinde yer alan elektronik kontrollü sistemler, motor ile vites kutusu arasındaki bağlantıyı sağlayan Şanzıman ve kavrama, motor ile tekerlekler arasındaki ilişkiyi kuran defransiyel ve bunların yanı sıra şaft ile ilgili bilgilerin toplanarak derlenmesi, emniyetli olduğu kadar konforlu ve ekonomik bir sürüş için önemlidir. Elektronik alandaki gelişmelere paralel olarak aktarma organlarının işlevlerini tam ve doğru olarak yerine getirmesi için her geçen gün yeni uygulamalar hayata geçmektedir. Özellikle otomatik vites veya şanzımanlı araçlar önemli ölçüde talep edilmeye başlanmış, neredeyse opsiyon olmaktan çıkmaya başlamıştır. Araçların elektronik olarak kontrol edilmesi, motordan alınan hareketi aktarma organlarına kontrollü olarak aktaran şanzımanın çeşitli hidrolik devrelerin kontrolünü sağlayan elektrikli selenoid valfların kontrol edilmesi prensibine dayanır. u prensip hareket aktarma ve kontrolü üzerine çok daha ileri seviyede uygulama yapmayı kolaylaştırmaktadır. İlgili sensorlar vasıtasıyla alınan vites kolunun ve gaz pedalının pozisyonu ile motorun durumu ve aracın hız bilgileri elektronik kontrol ünitesi tarafından derlenir. u işlemin ardından EU, şanzıman içindeki Planeter dişliler üzerinde bulunan değiştirme elemanlarının hareketlerini kontrol etmek üzere yağ pompası tarafından yaratılması gereken hidrolik basınç değerini sağlayacak şekilde elektrikli selenoid valfları uygun hale getirir. Yağ Pompası Gaz Kelebeği Devir Sensörü Şanzıman TU (Transmiyon Kontrol Ünitesi) P D 3 2 Otomatik ites Kolu Selenoid alf Tork Sensörü Hız Sensörü asınç Sensörü Şekil 7. Otomatik kontrollü şanzıman blok devresi 47
Otomatik elektronik kontrollü vites kutuları(şanzımanları) yukarıda hidrolik(yağ) basınç prensibine ile kavrama yaratırken, bunun yanında elektromagnetik kavramalı, standart otomatik vitesli ve sürekli değişken oransal dişli vites kutuları vardır. 7.3.5 Elektronik Diferansiyel Kilidi (EDL) İstavroz dişlilerinin farklı hızlarda dönmesinden ileri gelen patinajı önlemek, elektronik hız kontrol sistemi ile sürücünün müdahalesi olmaksızın mümkün olmaktadır. EDL sensörleri sağ-sol ve ön-arka tekerlekler arasındaki hız farklarını belirler gerekli düzeltmeleri yapmak üzere elektro hidrolik sistemleri devreye sokarak diferansiyel kilidi işleme sokar. 7.3.6 Dört Tekerlek Yön Kontrol Sistemleri(4WS) Taşıtlar yön kontrolünü ön tekerlekler vasıtası ile yapar. Özellikle viraj alırken ve süratli dönüşlerde oluşan savrulma olayını ortadan kaldırılmak için araca yanlardan gelen etkileri tespit ederek gerekli işlemi yapan sistemler geliştirilmiştir. 4WS Elektronik kontrol sistemi taşıt hız sensörü, direksiyon açı sensörü, araç tekerlek hız sensörleri ile topladığı bilgileri derleyerek direksiyon dönüş hızını hesaplar ve arka tekerlek dönüş açısını hesaplar. u uygulamayı yapan genelde elektrikli bir motordur. EU elektrikli motora komut vererek, kramiyer dişliyi olması gereken ölçüde ileri sürer ve tekerlekleri yönlendirir. 7.3.7 Elektronik Kontrollü Direksiyon Sistemleri Direksiyonu döndürmek için gerekli güç, araç dururken fazla, araç hareket halinde iken düşüktür. Soğuk mevsimlerde bu durum daha da güçleşmektedir. u durumu ortadan kaldırmak için elektro hidrolik direksiyon sistemleri, elektronik kontrollü direksiyon sistemleri ve Lövye kontrol sistemleri geliştirilmiştir. 48
7.3.8 Kilitlemesiz Fren Sistemi (AS) Hareket halindeki araçların tekerleklerinden bir veya daha fazlasının dönmemesi fren kilitleme olayı olarak adlandırılır. u durumda araçların kontrolsüz kayması ve savrulması riski ortaya çıkar. Söz konusu durumun ortadan kalkması için tekerleklerin dönmesi gerekir. u durumu ortadan kaldırmak için tekerleklere farkı basınç uygulamak gerekir. Dört tekerleğin hızı ayrı ayrı hız sensörleri vasıtasıyla ölçülür ve EU ünitesi tarafından değerlendirilerek, klasik fren sisteminden bağımsız çalışan, hidrolik modülatördeki basınç dengeleme selenoidlerine gerekli sinyali verir. u olay saniyede 5 0 kez tekrarlanır ve tekerlekler darbeli ivmelenmeler ile uygun hız değerine kısa sürede iner veya durur. 7.3.9 Elektronik Fren Kuvveti Dağılımı(ED) Araçların ön ve arka tekerlekleri farklı yük altında bulunabilir veya yol ile lastikler arasındaki yol tutuş değerleri(sürtünme) farklı olabilir. u durum frenleme esnasında kilitlemeye neden olur. Aracın kaymasına ve yanlara çekmesine neden olur. ED sisteminde her tekerleğin devir sayısı sensörler ile kontrol edilir ve EU tarafından değerlendirilerek tekerleklerde uygun basınç değerlerinin oluşması için selenoid valflara gerekli emirler verilir. 7.3.0 Elektronik Denge Sistemi(ESP) Araçlar ağırlık merkezlerinin kayması, şerit değiştirme işlemleri ve dış fiziksel etkiler nedeni ile savrulmaya uğrayabilir veya frenleri kilitlenebilir. öyle durumlarda ESP işlemcisi devreye girerek tekerlek devir sensörü, direksiyon açı sensörü, yanal açı sensörü ve fren basınç sensörü vasıtası ile alınan bilgileri derler ve gerekirse AS yi devre sokar. Ayrıca hızın azaltılması için EU ya gerekli bilgiyi gönderir. 7.3. Patinaj Önleme Sistemi(AS) Araçların ön ve arka tekerleklerinin farklı devirlerde olmaları sonucunda yaşanan olay patinaj olarak tanımlanır. Eğimli yol güzergahlarında, kaygan veya yumuşak zeminlerde gaza fazla yüklenmek ile meydana gelir. Araçların önden veya arkadan çekişli olmasına göre ön veya 49