Temel Elektrik Elektronik Deney2

DENEY 1: AVOMETRE KULLANIMI, OHM VE KIRCHOFF KANUNLARININ İNCELENMESİ
Deneyin Amacı:
Bu deneyde elektrik devrelerindeki akım, gerilim, direnç gibi fiziksel büyüklüklerin ölçülmesi konusu
incelenecektir. Öncelikle bu büyüklüklerin ölçülmesinde kullanılan ölçü aletlerini tanıtılacak, ardından basit bir
elektrik devresi deney setinde kurularak devredeki akım ve gerilim değerleri ölçülecektir. Bu değerlerin
Kirchhoff’un akım ve gerilim yasalarına uyup uymadığı kontrol edilecektir.
Önbilgi:
Bir elektrik devresindeki temel büyüklükler devre elemanları üzerindeki akım ve gerilim değerleridir. Bu
büyüklükleri ölçmek için, aslında kendileri de elektrik devreleri olan ölçü aletlerini kullanırız. Yani, akım ölçmek
istiyorsak ölçeceğimiz akımı, üzerinden geçen akımın değerini bize bildirecek olan bir devreden (ölçü aletinden)
geçirmemiz gerekir. Yani; ölçü aletini devreye seri olarak bağlamalıyız. Gerilim ölçmek istiyorsak, uçlarına
uygulanan gerilim değerini gösteren bir devreye (ölçü aletine) ölçülmesini istediğimiz gerilimi uygulamamız
lazımdır. Yani; ölçü aletini devreye paralel olarak bağlamalıyız. Bu ölçü aletleri aşağıda tanıtacağımız avometre
ve osiloskoptur. Avometre üzerindeki anahtarı değiştirmek suretiyle isteğe göre bir ampermetre ya da
voltmetre olarak kullanılabilen bir ölçme aletidir. Ayrıca elemanların direnç değerlerini de ölçebildiğinden
A(mper)V(olt)O(hm)METRE ismini almıştır.
Genel olarak ölçme eylemindeki temel problem ölçme aletinin ölçüm yaptığımız sistemi etkilememesini
sağlamaktır. Halbuki her ölçü aletinin bir iç direnci olacağından, akım ölçerken bu iç direnç akımını ölçeceğimiz
elemana seri, gerilim ölçerken ise elemana paralel bağlanarak devredeki elektriksel büyüklükleri değiştirir. Bu
kaçınılmaz sorunu etkisizleştirmenin yolu ampermetre için iç direncin çok küçük, voltmetre için ise çok büyük
olmasını sağlamaktır. Bunu daha net görebilmek için ölçü aletinin sistemden çektiği enerjiye bakabiliriz. Enerji
∞
∫0 𝑣𝑖𝑑𝑡 ile ifade edilir. O halde; ölçü aletinin sistemden az enerji çekmesini istiyorsak ya geriliminin ya da
akımının çok küçük olması gerekir. Voltmetre için aksini yapmak ölçeceğimiz büyüklüğü değiştirmek olacağından
akımı azaltmayı tercih ederiz. Bunun için de 𝑖=𝑉𝑅 bağıntısı gereği iç direnci büyük tutarız. Ampermetre için ise
gerilimi azaltmak amacıyla V=iR bağıntısı gereği iç direnci küçük tutmalıyız. Böylece ölçmedeki hatayı
azaltabiliriz. Bu sebeple avometrelerin iç dirençleri akım girişlerinde çok küçük, gerilim girişlerinde ise çok
büyüktür.
Avometre (Multimetre) nin Kullanımı
Ölçülmesi istenen özellik fonksiyon seçim düğmesi ile seçilir ve dijital ekrandan ölçüm sonucu okunur
1) OFF konumu
Cihazı kapatmak için kullanılır.
2) V konumu
1.Fonksiyon: AC gerilimi ölçer 2.Fonksiyon: DC gerilimi ölçer.
3) Ω/Buzzer konumu
1.Fonksiyon: Direnç ölçmek için kullanılır. 2.Fonksiyon: Kısa devre testi (Buzzer).
4) Diyot/C konumu
1.Fonksiyon: Diyot eşik gerilim değerini ölçer. 2.Fonksiyon: Kondansatör kapasite değerini ölçer.
5) mA konumu
1.Fonksiyon: AC akım (mili amper mertebesinde) ölçmek için kullanılır. 2.Fonksiyon: DC akım (mili amper
mertebesinde) ölçmek için kullanılır.
6) 20A konumu
1.Fonksiyon: AC akım (amper mertebesinde) ölçmek için kullanılır. 2.Fonksiyon: DC akım (amper mertebesinde)
ölçmek için kullanılır.
7) Hz konumu
Frekans ölçmek için kullanılır. Ayrıca multimetrelerin genellikle alt kısımlarında ölçüm problarının bağlandığı
kısım bulunur.
Referans ucu (Siyah Kablo) her zaman 3 numaralı girişe takılır. Akım amper mertebesinde ölçülürken kırmızı
kablo 1 numaralı girişe takılır. Akım miliamper mertebesinde ölçülürken kırmızı kablo 2 numaralı girişe takılır.
Gerilim, direnç gibi geri kalan özellikler ölçülürken kırmızı kablo 4 numaralı girişe takılır.
Dirençler
v(t)=Ri(t) ya da i(t)=Gv(t) bağıntısı ile tanımlanan 2-uçlu elemana lineer zamanla değişmeyen direnç elemanı
denir. Yukarıdaki tanım bağıntılarında R reel katsayısı direnç elemanının direnci (rezistansı), G reel katsayısı da
iletkenliği (kondüktansı)’dir. Universal birim sisteminde R' nin birimi ohm (Ω), G'nin birimi ise siemens (S) dir.
Direnç ile iletkenlik arasında GR=1 bağıntısı vardır. Dirençler, elektrik veya elektronik devrelerinde akımı kontrol
etmek amacıyla oldukça yaygın olarak kullanılan elemanlardır. Dirençler, kullanılacak yere ve amaca göre çeşitli
şekillerde üretilirler. Bunlardan başlıcaları:
a) Sabit dirençler b) Değişken dirençler c) Foto rezistif dirençler d) Isıya duyarlı dirençler
a) Sabit Dirençler: Fiziksel olarak bir bozulmaya uğramadığı sürece direnç değeri (rezistansı) değişmeyen
yani aynı kalan dirençlerdir. Bunların boyutu ve yapılışı içinden geçen akıma dolayısıyla üzerinde harcanan güce
göre değişir. Dirençlerin değerleri ve toleransları renk kodu denilen işaretleme ile belirtilir.
b) Değişken Dirençler: Direnç değeri, 0 Ω ile üretici firma tarafından belirlenmiş bir üst sınır aralığında
değişen dirençlerdir. Örneğin 10 kΩ'luk bir değişken direncin değeri 0-10 kΩ arasında değiştirilebilir. Değişken
dirençler bir devrede direnç değerinin sık sık değişmesi istendiği zaman kullanılırlar. Değişken dirençler istenen
güce göre karbonlu veya tel sargılı olurlar.
c)Foto Rezistif Dirençler: Bunların isminden de anlaşılacağı gibi direnç değeri, üzerine düşen ışığın
şiddetine göre değişen özel dirençlerdir. Bu tip dirençler endüstriyel uygulamalarda oldukça yaygın olarak
kullanılmaktadır.
d)Isıya Duyarlı Dirençler: Direnci ısıya bağlı olarak değişen nonlineer dirençlerdir (PTC, NTC).
Kapasitanslar
Kondansatör iki levha arasına konmuş bir dielektrik maddeden ibarettir. Elektrik ve elektronik devreler için
temel devre elemanlarından biridir. Elektronikte iki kat arasında kuplaj, by pass, dekuplaj, bloklama, ayar ve
filtre elemanı olarak kullanılır. Elektrik devrelerinde, güç katsayısının düzeltilmesinde, bir fazlı motorlarda ilk
hareketi sağlamada ve kalkınma momentini artırmada kullanılır. Kapasitansın değeri üzerinde yazılıdır.
Bread Board
Bread board, elektrik devrelerinin üzerine kurulmasını sağlayan en temel deney ekipmanıdır. Bread board’ un
üzerinde dikey ve yatay olmak üzere kısa devre edilmiş, elektrik devre elemanlarının kolayca monte edilip
sökülmesi için dizayn edilmiş olan delikler bulunur. Bu deliklerin şaselerinin nasıl olduğu şekilde gösterilmiştir.
Bread board kullanılırken yatay kısa devre edilmiş bloklardan biri (+) diğeri (– ) şeklinde bağlantıları yapılıp devre
kurulur. Bu şekilde devreyi kurmak karmaşık devrelerde çok büyük kolaylık sağlar.
AC-DC Adaptör
Deneylerde güç kaynağı olarak kullanılacaktır. 220 V AC şehir şebekesi gerilimini DC 1,5 - 3 - 4,50 - 6 - 7,5 - 9 - 12
V gibi değişik değerlere dönüştürme kabiliyetine sahiptir.
Deney Sonuç Raporu Deney sonuç raporu ile öğrencilerin deneyde görülmesi hedeflenen sonuçlara ulaşılıp
ulaşılmadığı kontrol edilmektedir. Deney sonuç raporunda; deney adı, deneyin amacı, deneyin yapılışı, deney
sonuçları, deney sonuç soruları, deneyle ilgili kişinin yorumu ve sonuç kısımları bulunmalıdır. İmzalı belge veya
kopyası eklenmelidir.
DENEY #1
Kullanılacak Malzemeler:
1) AC-DC Adaptör (1,5 - 3 - 4,50 - 6 - 7,5 - 9 - 12 V DC çıkışlı)
2) Avometre
3) Çeşitli Değerlerde Dirençler ve bağlantı kabloları
Deneyle İlgili Teorik Bilgiler: Bir doğru akım devresinde, bir direnç üzerinden akan akım, elemanın uçlarına
uygulanan gerilimle doğru, elemanın direnci ile ters orantılıdır. Buna ohm kanunu denir.
Düğüm: İki veya daha çok elektronik devre elemanının birbirleri ile bağlandıkları bağlantı noktalarına düğüm adı
verilir. Düğüm, akımın kollara ayrıldığı yolların birleşme noktaları olarak da tarif edilebilir.
Göz: Bir düğümden başlayarak, bu düğüme tekrar gelinceye dek elektriksel yollar üzerinden sadece bir kez
geçmek şartı ile oluşturulan kapalı devreye göz (çevre) ismi verilir.
Kirchoff Akım Kanunu: Bir elektriksel yüzeye veya bir düğüm noktasına giren (düğümü besleyen) akımlar ile bu
düğüm noktasından çıkan (düğüm tarafından beslenen) akımların cebirsel toplamı sıfırdır.
Düğüm noktasını besleyen akımlar (giren akımlar) : i1 , i3 , i4 , i7
Düğüm noktasından beslenen akımlar (çıkan akımlar) : i2 , i5 , i6
Bu durumda;
-i1-i3-i4-i7+i2+i5+i6=0
Kirchoff Gerilim Kanunu : Bir elektronik devrenin sahip olduğu çevrelerdeki gerilim düşmelerinin cebirsel
toplamı sıfıra eşittir.
İ1 akımının dolaştığı kapalı çevre için ;
-VS+VR1+VR2+VR3=0;
İ2 akımının dolaştığı kapalı çevre için ;
-VR3+VR4+VR5=0;
Ön Hazırlık Soruları :
S.1. Yukarıdaki devredeki tüm dallardaki akımları istediğiniz bir yöntemle bulunuz.
S.2. 1 kΩ’luk direncin üzerindeki gerilimi bulunuz.
S.3. I ve II nolu gözler için Kirchoff’un Gerilim Kanunu’nun ispatını yapınız.
S.4. A ve B düğümleri için Kirchoff’un Akım Kanunu’nun ispatını yapınız.
Deneyin Yapılışı:
1) Şekil 1’de verilen devreyi kurunuz.
2) R1 direnci üzerindeki gerilimi ve üzerinden akan akımı ölçerek Ohm Kanunun geçerliliğini gözleyiniz.
3) I ve II nolu gözlerdeki elemanlar üzerindeki gerilimleri ölçerek Kirchoff’un Gerilim Kanunu geçerliliğini
gözleyiniz.
4) A ve B düğüm noktalarına gelen ve giden akımları ölçerek Kirchoff’un Akım Kanunu geçerliliğini gözleyiniz.
5) Ölçmeleri yaparken paralel kollardaki gerilimlerin ve seri kol üzerindeki akımların birbirine eşit olduğunu
kontrol ediniz.
6) Ölçme sonuçlarını Tablo 1.1’ e kaydediniz.
Deney Sonuç Soruları
S.1. Ön hazırlık sorularında bulduğunuz akım ve gerilim değerleriyle, deneyde ölçtüğünüz değerleri
karşılaştırınız. Eğer fark var ise sebebini belirtiniz?
S.2. VA - VB = i3. (R3 + R4) ifadesini ölçtüğünüz değerlerle hesaplayarak doğruluğunu gösteriniz.