piller - Kocaeli Üniversitesi | Mühendislik Fakültesi Elektrik

KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
GÜÇ ELEKTRONİĞİ
ÖZEL UYGULAMALARI
080206100 – Burak KÖY
KOCAELİ – 2012
Burak KÖY (080206100)
Devrede Kullanılan Elemanlar:
IRF 540 MOSFET
TL494 PWM CİP
IR2101 SÜRÜCÜ
1N5822 SCHOTTKY DİYOT
1N4148 DİYOT
10K Ω ve 50K Ω POTANSİYOMETRE
100Ω ve 2 ADET 1K Ω DİRENÇ
47 Ω TAŞ DİRENÇ
0,01uF ; 0,22uF ; 10uF KAPASİTE
10mH BOBİN
Devremin yapılış amacı ; 12V DC beslemeden pwm kontrolü yaparak, Mosfetimize
verdiğimiz komutlar doğrultusunda çıkışımızdaki gerilimi kontrol altında tutmamızı
sağlamaktadır. Devre sonunda ki kondansatörün ne kadar dolması gerektiğini belirler
ve istenilen çıkış gerilimi elde edilir.
Devrede Kullanılan Elemanların Açıklaması:
1. Direnç: Elektrik akımına karşı zorluk gösterilmesi elektriksel direnç olarak
adlandırılır. Bu zorluğu belli bir elektriksel büyüklükte gösteren özel üretilmiş devre
elemanlarına da direnç (resistor) denir. Elektronik devrelerde en sık kullanılan devre
elemanıdır ve 'R' harfiyle gösterilir. Direncin elektriksel büyüklüğü 'ohm' dır ve 'Ω'
(omega) harfiyle gösterilir.
Temel olarak iki yaygın kullanım amacı vardır:
 Devrenin herhangi bir noktasından arzu edilen akımın geçmesini sağlamak.
 Devrenin herhangi bir noktasında arzu edilen gerilimin elde edilmesi için
kullanılırlar.
2. Potansiyometre: Potansiyometreler (Pot olarak da adlandırılırlar), yaygın olarak
belli bir noktadaki elektrik seviyesini ayarlamak amacıyla kullanılır. Ayarlama işlemi
pot üzerindeki ayar kolu (şaft) aracılığıyla yapılır. Böylece elektronik cihazlarda
elektrik seviyesinin kullanıcı aracılığıyla ayarlanması istenen her durumda
potansiyometreler kullanılabilir.
Potansiyometrenin bağlanma yöntemleri
Potansiyometreler kullanım amacına göre iki farklı yöntemle bağlanırlar:
Yöntem 1-) Orta ayak kontrol edilecek noktaya ve yan ayaklar iki ayrı noktaya
bağlanır. Böylece iki ayrı noktanın elektrik seviyesi kontrol edilebilir. Şekil (a)’da
kullanım örneği gösterilmiştir.
Yöntem 2-) Yan ayaklardan biriyle orta ayak birleştirilir. Böylece iki ayaklı
ayarlanabilir bir direnç elde edilmiş olur. Bu durumda pota seri bağlı sabit değerli bir
direnç kullanılmalıdır. Aksi durumda potun direnci 0 ohm’a çekildiğinde bağlı olduğu
noktadan çok yüksek akım geçebilir. Şekil (b)'de kullanım örneği gösterilmiştir.
Şekil (a) İki ayrı noktanın gerilim seviyesini değiştirmeyi sağlayan bağlantı yöntemi,
Şekil (b) İki yan ayağı arası ayarlanabilir direnç
3.Diyot: P ve N tipi iki yarı iletkenin birleştirilmesinden oluşan maddeye diyot denir.
Diyotlardaki kılıf maddesi cam, plastik ya da metal olabilir. Diyotun gövdesindeki gri
çizgi şeklinde bant, nokta şeklindeki çıkıntı ve metal gövdeli diyotlarda metal kılıfın
bağlı olduğu kısım diyotun katot kısmını belirtir. Diyotlar kullanılacakları devrede
üzerlerinden geçecek akım ve voltaj değerlerine göre seçilir.
Schottky Diyot: Normal diyotlar çok yüksek frekanslarda üzerine uygulanan
gerilimin yön değiştirmesine karşılık veremez. Yani iletken durumdan yalıtkan
duruma veya yalıtkan durumdan iletken duruma geçemez. Bu hızlı değişimlere cevap
verebilmesi için schottky diyotlar imal edilmiştir. Schottky diyotlar normal diyotun n ve
p maddelerinin birleşim yüzeyinin platinle kaplanmasından meydana gelmiştir.
Birleşim kaplanarak ortadaki nötr bölge akımın nötr bölgeyi aşması kolaylaştırılmıştır.
4.Mosfet: Mosfet (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistör - Metal oksit
yarı iletken alan etkili transistör) analog ve digital devrelerde sık kullanılan bir alan
etkili transistördür.
Mosfetler üç bacaklıdır. Bu bacaklar ; G (gate, normal transistörün base bacağı), S
(source, kaynak) ve D (drain, normal transistörün kollektörü) bacaklarıdır. D ucu ile S
ucunun çıkarıldığı bögeye kanal denir. Mosfetlerde gate bacağı ile kanal bölgesi
arasında silisyum nitrat ve silisyum oksit ile yalıtım yapılmıştır. Bu metal oksit tabaka
çok ince olduğundan statik elektriğe karşı oldukça hassastır.
Mosfetlerin giriş empedansı yüksek, elektrodları arasında iç kapasitansları ise çok
düşüktür. Mosfet transistörler, JFET transistörlerden ve normal transistörlerden daha
yüksek frenkanslarda çalışabilirler. Mosfet transistörlerin güç harcamaları düşüktür ve
mekanik dayanımları fazladır.
Mosfet kanal bölgelerinde kullanılan maddelere göre N tipi mosfet ve P tipi mosfet
olmak üzere iki çeşittir. Çalışma şekline göre ise mosfetler; enhancement (çoğaltan arttıran kanallı) mosfetler ve depletion (deplasyon - azaltan kanallı) mosfetler olarak
iki çeşittir.
Mosfet Çeşitleri
Deplation (Deplasyon, Azaltan Kanallı) Mosfetler
Deplasyon mosfetler normalde ''ON'' tipi mosfetlerdir, yani gate ucuna uygulanan
gerilimin değeri 0 V iken S ve D uçları arasında bir miktar akım geçişi olur. Bu akım
miktarı mosfetin gate bacağından uygulanan gerilim pozitif yönde arttıkça yükselir.
Mosfetin gate bacağına uygulanan gerilim negatif yönde arttıkça ise S ve D uçları
arasından geçen akım miktarı azalır. Aşağıda N kanallı ve P kanallı deplasyon
mosfetlerin sembolleri gösterilmektedir. N kanallı deplasyon mosfetlerde akım
mosfetin D ucundan S ucuna doğru N tipi maddenin içinden geçer. P kanallı
deplasyon mosfetlerde ise akım tam tersine mosfetin S ucundan D ucuna doğru P tipi
maddenin içinden geçer.
Enhancement (Çoğaltan Kanallı) Mosfetler
Enhancement mosfetler azaltan kanallı mosfetlerin aksine normalde ''OFF''
durumunda olan mosfetlerdir. Enhancement mosfetlerin G ucuna gerilim
uygulanmadığı sürece D ve S uçları arasından akım geçmez. Enhancement
mosfetlerin sembolleri aşağıda gösterilmiştir. Deplasyon tipi mosfetler ile
enhancement tipi mosfetlerin sembolleri arasındaki tek fark D ve S uçları arasında
kanalı temsil eden çizginin enhancement tipi mosfetlerin sembollerinde kesik çizgiler
ile belirtilmiş olmasıdır. Bu sembolleştirmenin sebebi enhancement tipi mosfetlerin
yapısından kaynaklanmaktadır. Enhancement tipi mosfetlerde, mosfetin D ve S uçları
arasında fiziksel bir kanal yoktur. Bu nedenle enhancement mosfetlerin G uçlarına 0
V gerilim uygulandığında S ve D uçları arasında akım geçişi olmaz, yani mosfet
iletime geçmez.
N kanallı enhancement mosfetlerin gate ucuna +1 V gerilim uygulandığında, N tipi
maddenin birleşim yüzeyine yakın olan kısmında (-) yüklü elektronlar toplanır. Bu
elektronlar akım geçişi için kanal oluşturur ve böyle mosfetin D ve S uçları arasında
akım geçişi başlar. Çoğaltan kanallı mosfetin gate ucuna uygulanan gerilim pozitif
yönde arttırıldığında akım geçişinin olduğu kanal da genişler ve D ve S uçları
arasındaki akım miktarı artar.
P kanallı enhancement mosfetlerde ise durum terstir. Bu tip çoğaltan kanallı
mosfetlerde gate ucuna uygulanan gerilim -1 V iken P tipi maddenin birleşim
yüzeyine yakın olan kısmında (+) yükler toplanarak akım geçişi için kanal oluşturur,
böylece mosfetin D ve S uçları arasında akım geçişi olur. P kanallı enhancement
mosfetlerin gate ucuna uygulanan gerilim negatif yönde arttırıldığında akım geçişinin
sağlandığı kanal genişler ve D ve S uçları arasından geçen akım artar.
5.Kapasitör: Kondansatör(diğer adıyla kapasitör),elektronların kutuplanarak
elektriksel yükü elektrik alanın içerisinde depolayabilme özelliklerinden
faydalanılarak,bir yalıtkan malzemenin iki metal tabaka arasına yerleştirilmesiyle
oluşturulan temel elektronik elemandır.Yani kısaca iki iletken maddenin arasına bir
yalıtkan maddenin konulması ile oluşur.Elektrik enerjisi depolamada, Doğrultma
işlemlerinde, Filtre ve Kompanzasyon da kullanılırlar.
6.Bobin: Bobinler iletken tellerin yan yana veya üst üste sarılmasıyla elde edilen
devre elemanlarıdır. Bobinlerin elektrik akımının değişimine karşı gösterdikleri
tepkiye endüktans denir. Endüktans, L harfi ile sembolize edilir ve birimi Henry (H)
dir.
RV2: 2,7kΩ, RV1: 11,5kΩ, 50µs, 5V/div, RV2: 2,7kΩ, RV1: 15kΩ, 50µs, 5V/div,
f=7692Hz, 18V Max. çıkış gerilimi
f=9090Hz, 18V Max. çıkış gerilimi
RV2: 2,7kΩ, RV1: 18,3kΩ, 50µs, 5V/div, RV2: 2,7kΩ, RV1: 21,5kΩ, 50µs, 5V/div,
f=6250Hz, 18V Max. çıkış gerilimi
f=5263Hz, 18V Max. çıkış gerilimi
RV2: 3,1kΩ, RV1: 21,5kΩ, 50µs, 5V/div, RV2: 2,7kΩ, RV1: 18,3kΩ, 50µs, 5V/div,
f=5263Hz, 17V Max. çıkış gerilimi
f=5263Hz, 15V Max. çıkış gerilimi
Mosfet tetiklenmesi
Mosfet tetiklenmesi
Devrenin ISIS Programında Simülasyonu
RV2: 2kΩ, RV1: 5kΩ, Ch A: 2V/div, RV2: 2kΩ, RV1: 10kΩ, Ch A: 2V/div,
Ch B:10V/div, 20µs/div
Ch B:10V/div, 20µs/div
(En temiz çıkış gerilimi)
RV2: 2kΩ, RV1: 40kΩ, Ch A: 2V/div, RV2: 5kΩ, RV1: 40kΩ, Ch A: 2V/div, Ch
Ch B: 5V/div, 20µs/div
B: 5V/div, 20µs/div
RV2: 2kΩ, RV1: 50kΩ, Ch A: 2V/div,
Ch B:10V/div, 20µs/div
Simülasyonda ChanelA’ dan Mosfet tetiklemesini (Sarı renk) , ChanelB’ den çıkış
gerilimi (Mavi renk) izlenmiştir.
Sonuç; Simülasyonda ve pratik devrede aldığımız sonuçlar doğrultusunda, frekansın
artması ile görüldüğü üzere çıkış gerilimi daha düzgün ve temiz alınmıştır. Frekansın
optimum değere (en iyi koşula) geldiğinde çıkış gerilimi en temiz şekilde
alınmaktadır. Fakat bu en yüksek frekans değerlerinde en az dalgalanmalı , temiz bir
çıkış alacağız demek değildir ! Belli bir frekans değerinden sonra yine bozulmalar
başlayacaktır.
KAYNAKLAR :



Megeb ‘Bilişim teknolojileri Yarı iletken elemanlar’ Ankara 2007
http://www.robotiksistem.com
http://www.datasheetcatalog.com