Kondansatörün AC Tepkisi

ELK273 Elektrik ve Elektronik Mühendisliğinin
Temelleri
Ders 8- AC Devreler
Yard.Doç.Dr. Ahmet Özkurt
[email protected]
http://ahmetozkurt.net
İçerik
•
•
•
•
•
•
•
•
AC ve DC
Empedans
RMS değeri
Bobin ve kondansatörün AC tepkileri
AC devrelerde güç hesaplamaları
Süzgeçler
Osilatörler
Rezonans
2
AC/DC arasındaki fark nedir?
• 1887’ye kadar Amerika’da doğru akım yani DC kullanılıyordu.
• 121 Edison güç istasyonu DC gerilim dağıtıyordu
• Fakat DC’nin uzun mesafelere kayıpsız gönderilemiyordu
• George Westinghouse alternatif akım yani AC sistemlerinin
kilometrelerce çok az kayıplı ilteildiğini göstermesiyle tüm elektrik sistemi
AC’ye döndü
http://www.pbs.org/wgbh/amex/edison/sfeature/acdc.html
3
AC Dalga Şekilleri
Kare Dalga
1 tur
Üçgen Dalga
1 tur
Testere Dişi Dalga
4
AC Gerilimin Üretilmesi
• Alternatif
Gerilim
Jeneratörü
veya
• Alternatör
5
Frekans ve Periyot
• Periyot bir dalganın bir turu tamamlaması için geçen süredir
• Frekans ise saniyedeki tur (dalganın tekrar) sayısıdır.
• Frekans (Hz) = 1/ Periyot (sn)
6
7
Ses Dalgaları
8
Daha çok enerji
(tepe)
harcanır
Aynı yük direnci
Daha az enerji
(tepe)
harcanır
9
AC Gerilim Ölçümü
Ortalama sıfır
Tüm değerler pozitif gibi düşünülüp ortalama alınabilir
10
RMS Değeri
11
Faz Farkı
t
T
• Birbiriyle aynı frekanstaki iki dalga arasındaki zaman farkını ifade eder.
• Her periyot açısal olarak 2=360o de tamamlanır.
• Faz farkı aradaki kaymanın toplam periyoda oranının açı karşılığı ile ifade
edilir.
VA (t )  V sin(t )
VB (t )  V sin(t   )
2

t
T
12
13
90o faz farkı
A ileride (önde)
90o faz farkı
B ileride (önde)
180o faz farkı
A ve B birbirinin tersi
0o faz farkı
14
Direncin AC Tepkisi
• Ohm kanunu AC durumunda da geçerlidir
• Eğer sinusoidal akım uygulanırsa gerilim
• Gerilimin genliği Ohm kanunu ile bulunur, fazı değişmez. Akım ile gerilim
arasındaki faz farkı sıfırdır.
15
Empedans
• Bir devre elemanının geriliminin akımına oranıdır.
• Z ile gösterilir.
• Birimi ohm’dur.
• Direncin empedansı
Z=R
16
Kondasatörün AC Tepkisi
• Kondansatörün akımı ile gerilimi arasındaki ilişki
• Sinusoidal bir gerilim uygulandığında
Akım
• Gerilimin akıma oranı
• Empedans
Euler formulü
17
Kondansatörün AC Tepkisi
• Kondansatörün gerilimi akımından 90o geridedir
18
Bobinin AC Tepkisi
• Bobinin akımı ile gerilimi arasındaki ilişki
• Sinusoidal bir akım uygularsak
Gerilim
• Gerilim akım oranı
• Empedans
19
Bobinin AC Tepkisi
• Bobinin akımı geriliminden 90o geridedir
20
Filtreler (Süzgeçler)
Alçak geçiren
•
Band geçiren
Yüksek Geçiren
Band Durduran
21
Filtreler
Giriş
Çıkış
Alçak geçiren filtre
Giriş
Çıkış
Yüksek Geçiren Filtre
22
Filtreler
• Kondansatörlerin tersine bobin düşük frekanslı işaretleri geçirir yüksek
frekanslıları geçirmez.
Yüksek geçiren filtre
Alçak geçiren filtre
23
Filtrelerin Uygulamaları
• Gürültüden arındırma
• Gürültülü EEG sinyali
Temizlenmiş Sinyal
Zaman
Frekans
24
Filtrelerin Uygulamaları
Orijinal resim
Alçak geçiren
filtreden geçmiş
Yüksek geçiren
filtreden geçmiş
25
Osilatörler
• Osilatörler girişe DC besleme dışında herhangi bir sinyal vermeden AC
dalga şekillerini üreten devrelerdir.
• Özellikle iletişim sistemlerinde kullanılır.
• Bir kondanstör ve bir bobinle osilatör yapılabilir. Enerji sırayla bobinde ve
kondansatörde depolanırken salınımlar oluşur.
26
27
28
GSM, kablosuz telefonlar ve LAN kartalrında
kullanılan Gerilim kontrollü osilatörler
29
Rezonans
•
•
•
Bobin ve kondansatör birbirinin zıttı AC özelliklere
sahiptir. Bobinin reaktansı frekansla doğru,
kondansatörünki ters orantılıdır. Bobin reaktansının
işareti pozitif kondansatörününki negatiftir. Her iki
elemanı da içeren devrelerde rezonans adı verilen özel
bir durum görülür. Rezonans frekansında bobin ve
kondansatörün reaktanslarının büyüklükleri eşittir ve bu
yüzden devre rezistif bir devre gibi görülür.
Seri RLC devresinde
Z=R-j Xc+j XL= R
Rezonanstaki bir devrenin frekans tepkisi band geçiren
filtre gibidir. Filtrenin temel frekansı ya da devrenin
rezonans frekansı
fc 
•
1
2 LC
Band genişliği de elemanların büyüklüklerine bağlıdır
http://en.wikipedia.org/wiki/Resonance
30