deney 1- osiloskop kullanımı ve alternatif akımda (ac) gerilim, akım

Devre Analizi-II
DENEY 1- OSİLOSKOP KULLANIMI VE ALTERNATİF AKIMDA (AC) GERİLİM,
AKIM VE FREKANS ÖLÇÜMLERİ
1.1. DENEYİN AMAÇLARI
 Osiloskop ile Alternatif akımda (AC) periyot, frekans ölçümü ve gerilim
genliğinin ölçülmesi
 Sayısal multimetre ile AC’de akım ve gerilimin rms değerinin ölçülmesi
1.2. TEORİK BİLGİ
 Osiloskop ile gerilim, frekans ve periyot ölçümleri ve temel
tanımlamalar Periyot : Bir sinüs sinyalinin geçiş süresidir.
Frekans: Bir saniyede tekrarlanan sinüs sayısıdır. Periyodun tersidir.
Alternatif akımın maksimum değeri: Bir sinüs içinde akım şiddetinin veya gerilimin eriştiği en
büyük değerdir. Etkin (rms) akım şiddeti veya gerilimin √2 ile çarpımıdır.
Anlık akım veya gerilim: Akım şiddetinin veya gerilimin her hangi bir anda aldığı değerdir. AC’da
akım ve gerilim (1) ve (2) denkleminde ki gibi gösterilir.
V = Vo sin ( ω t + φ )
(1)
burada φ faz açısı, ω t = 2π f (birimi rad/sn) ve t = zaman (birimi saniye) şeklindedir.
I = Imax sin ω t = Io sin ω t
(2)
Etkin (RMS) akım şiddeti: Aynı dirençten aynı sürede geçen doğru akımın meydana getirdiği ısıya
eşit ısı açığa çıkartan alternatif akım şiddetidir.
Etkin (RMS) gerilim: Bir direncin iki ucuna uygulanan doğru akım gerilimi ile aynı iki uca aynı süre
uygulandığında aynı ısı etkisini meydana getiren alternatif akım gerilimidir. Bu, bir multimetrenin
ölçtüğü değerdir.
Alternatif gerilimin ortalama değeri: Bir sinüs esnasında gerilimin aldığı tüm anlık değerlerin
ortalamasıdır.
Alternatif akımın ortalama değeri: Bir sinüs esnasında akım şiddetinin aldığı anlık değerlerin
ortalamasıdır. Şekil 1 bir AC sinyalin ortalama, etkin ve tepe değerlerini göstermektedir.
Şekil 1. Bir AC sinyalin ortalama, etkin (RMS), maksimum değerleri (Ortalama= Iav, RMS=Irms, Maksimum=Ip)
Devre Analizi-II
 Gerilim ve Akım Ölçümü
AC devrelerde gerilimin etkin değerinin ölçülmesi için AC voltmetreler kullanılmaktadır. AC
voltmetrenin ölçüm uçları gerilimi ölçülmek istenen devre elemanı uçlarına paralel olarak bağlanır.
AC ölçümlerde, ölçüm uçlarının yer değiştirmesi ölçülen değerin işaretini değiştirmez.
AC devrelerde akımın etkin (RMS) değerinin ölçülmesi için AC ampermetreler kullanılmaktadır. AC
ampermetrenin ölçüm uçları akımı ölçülmek istenen devre elemanına seri olarak bağlanır. AC
ölçümlerde, ölçüm uçlarının yer değiştirmesi ölçülen değerin işaretini değiştirmez.
Etkin (RMS) ve ortalama değer (3) ve (4) denkleminde ki gibi verilir.
VRMS 
VM
1T 2
v dt 
T 0
2
VORT 
1T
v dt  0.637V M
T0
(3)
(4)
Şekil 2. ideal sinüs dalgası
Bir alternatif akımın etkin değeri belli bir saf direnç biçimindeki yükte aynı miktarda ısı oluşturan
doğru akım değeri olarak tanımlanmaktadır. Şekil 2’de gösterilen ideal sinüs dalga şekli için etkin
değer maksimum değerin 0,707 ya da
2 katıdır.
Osiloskop ile gerilim ölçümü için Şekil 3’te görülen osiloskop ekranından elde edilen grafik
kullanılmıştır. Buna göre gerilim ölçümü için ilk önce Şekil 3’te yer alan sinyalin tepeden tepeye kaç
kareden oluştuğu belirlenmelidir. Daha sonra osiloskobun volt/div kademesi değeri tespit edilmelidir.
Bunlar elde edildikten sonra gerilimin tepeden tepeye genliği denklem (5)’te ki gibi hesaplanır.
Devre Analizi-II
Şekil 3. Osiloskopta gerilim değerinin ölçülmesi
VTT=(Dikey kare sayısı)x(Volt/Div kademesi değeri)x(Prob çarpanı)
(5)
Burada (5) denklemine göre Şekil 3’te ki sinyalin tepeden tepeye genliği ve maksimum genlik
değeri aşağıdaki gibi hesaplanır.
VTT=(6 Div)x(5)x(1)= 30 Volt
VM =VTT/2
VM= 30/2= 15 Volt
Gerilimin RMS değeri ise aşağıdaki gibi hesaplanır;
VRMS=VMx0.707
(6)
VRMS=15x0.707
VRMS=10.6 Volt
AC sinyalin frekans ve peryot değeri şu şekilde hesaplanır;
T=(Yatay kare sayısı)X(Time/Div kademesi)
T=5X2ms=10ms
f=1/T
f=1/10ms=100 Hz olarak hesaplanır.
(7)
Devre Analizi-II
True RMS Değer
Tüm analog ölçü aletleri ile dijital multimetrelerin çoğu ideal sinüs eğrisi için geliştirilmiş basit bir
yöntem ile etkin değer ölçümü yapmaktadır. Ancak, doğrusal olmayan yüklerin (bilgisayar, UPS,
elektronik balast, doğrultucular, vb.) yaygın kullanımıyla elektrik şebekesinde harmonikli akım ve
gerilimler oluşmaktadır. Harmoniklerden dolayı ideal sinüs formundan sapmış sinüzoidal olmayan
dalga şekillerinin ölçümünde gerçek etkin değer ölçen (True RMS) ölçü aletleri kullanmak gerekir.
Sıradan bir multimetre ile True RMS multimetre ideal sinüs dalga şekli ölçümünde aynı değeri
gösterir. Ancak sıradan multimetre, True RMS cihaza göre kare dalgayı %10 daha yüksek, üç faz diyot
doğrultucu akım dalga şeklini %30 daha düşük, bir faz diyot doğrultucu akım dalga şeklini ise %40
daha düşük bir değerde göstermektedir.
ÖN HAZIRLIK-1
Şekil-4' teki devreyi R1= 1kΩ, R2=680Ω Vpp= 12V frekansı 50Hz olan sinüzoidal bir kaynak ile
ORCAD programında kurunuz. Devreden geçen akım ve dirençler üzerindeki gerilimleri göstertiniz.
Devrenin çalışma süresi 20m olacaktır. Akım ve gerilimler farklı plotlarda göstertilecektir.
İkinci olarak devreye sinüzoidal, üçgen ve kare dalga şeklinde her biri için 100Hz ve 500 Hz'de
kaynaklar bağlandığında R2 direnci üzerindeki gerilimi her biri için programda göstertiniz.
ÖN HAZIRLIK-2
Şekil-4'deki devrenin, devre elemanlarının nasıl yerleştirileceği ve sinyallerin nerelerden verileceğini
gösteren; breadboardun ve devre elemanlarının teknik kurallarına uyan taslak çizimi elle çizerek deneye
başlamadan önce teslim edilecektir.
1.3. DENEYİN YAPILIŞI
Uygulama 1
1.Şekil 4’te yer alan devreyi board üzerinde kurunuz. R1= 1kΩ, R2=680Ω şeklindedir.
2.Devreye sinyal jeneratörünü kullanarak 50 Hz frekansında tepeden tepeye 12 Volt AC gerilim
değerini uygulayın.
3.Multimetre ile gerekli bağlantıları yaparak devrenin akımını ölçünüz ve bu değeri Tablo 1’e
kaydediniz.
4.Daha sonra dirençler üzerine düşen V1 ve V2 gerilim değerlerini multimetre ile ölçünüz aynı şekilde
bu değerleri de Tablo 1’e kaydediniz.
V
A
V
I R1
+ V1 -
+
V2 R2
-
V
Şekil 4. Deneysel çalışma için kullanılacak devre şeması
ve multimetre bağlantıları
Devre Analizi-II
Uygulama 2
1.Şekil 4’te ki devreyi kullanarak Şekil 5’te yer alan gerekli osiloskop bağlantılarını yaparak V2
geriliminin maksimum, ortalama ve RMS değerini osiloskop kullanarak ölçünüz ve Tablo 1’e
kaydediniz.
2. V2 gerilim sinyalinin frekans ve periyot değerini osiloskoptan ölçünüz.
3. Sinyal Jeneratörünü kullanarak genlik değeri tepeden tepeye 5 Volt olan sinüs, kare ve üçgen dalga
sinyalleri ayrı ayrı osiloskop uçlarına vererek Tablo 2’de istenen VR2 değerlerini ölçerek bu tabloya
kaydediniz.
I R1
+ V1
V
CH1
+
V2 R2
GND
Şekil 5. Osiloskop ölçümü için gerekli bağlantılar
Tablo 1: Uygulama Sonuçları
Uygulama 1 (Multimetre ile)
I
V1
V2
Uygulama 2 (Osiloskop ile)
Osiloskop Değerleri
V2M V2ORT V2RMS
Dikey kare sayısı Volt/div Prob çarpanı
Osiloskop Değerleri
Yatay kare sayısı Time/div Prob çarpanı
Peryot
Frekans
Tablo 2: Çeşitli sinyaller ile ilgili ölçümler
Sinyal
Sinüs
Dalgası
Üçgen
Dalga
Kare
Dalga
Frekans Peryot Frekans Genlik Genlik
(P-P) (RMS)
100 Hz
500 Hz
100 Hz
500 Hz
100 Hz
500 Hz
Devre Analizi-II
DENEY SONRASI SORU
SORU: Deneyde ne yapılmak istendiğini ve ne sonuç elde ettiğinizi nedenleriyle birlikte kendi
cümlelerinizle açıklayınız.
Devre Analizi-II