elektrik devre ve tasarım laboratuvarı deney föyü

HARRAN ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
ELEKTRİK - ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
ELEKTRİK DEVRE VE TASARIM LABORATUVARI
DENEY FÖYÜ
2014
ELEKTRİK DEVRE VE TASARIM LABORATUVARI
Öğretim Üyesi: Doç. Dr. Ali KIRÇAY
Laboratuvar Sorumluları: Arş. Gör. Fatma Zuhal SAĞI, Arş. Gör. Uğur HARMANCI
Deneyler: Toplam 10 deney yapılacaktır. (Deney 1-Deney 10)
Notların Belirlenmesi:
1. Devam Zorunluluğu: Her öğrenci en az 8 deneye katılmak zorundadır.
2. Deney Notu: Öğrencinin deneyden alacağı notu laboratuvar çalışması ve ders
esnasındaki performansı belirleyecektir. Öğrencinin katılmadığı deney notu sıfır ‘0’
olarak belirlenecektir.
3. Raporlar: Öğrenci her deney için Ön Hazırlık ve Sonuç Raporu hazırlayacaktır.
Birbirinin kopyası olduğu belirlenen raporlar 0 puan ile cezalandırılacaktır.
4. Dönem Sınavları: Dönem içinde bir ara sınav (Teorik + Uygulama) ve bir final sınavı
(Teorik + Uygulama) yapılacaktır. Bir öğrencinin final sınavına girebilmesi için en az
8 deneye katılmış olması zorunludur. Öğrencinin ara sınav ve final sınavı notları
aşağıdaki ağırlıklara göre belirlenecektir:
Ara Sınav:
1. Deney Notu Ortalaması: %30 (Ara sınava kadar yapılan deneylerin deney
notlarının toplanıp yapılan deney sayısına bölünmesiyle elde edilecektir.)
2. Ön Hazırlık Raporu Ortalaması: %15 (Ara sınava kadar yapılan deneylerin ön
hazırlık raporu notlarının toplanıp yapılan deney sayısına bölünmesiyle elde
edilecektir.)
3. Sonuç Raporu Ortalaması: %15 (Ara sınava kadar yapılan deneylerin sonuç
raporu notlarının toplanıp yapılan deney sayısına bölünmesiyle elde edilecektir.)
4. Teorik Sınav Notu: %15
5. Uygulama Sınav Notu: %25
Final Sınavı:
6. Deney Notu Ortalaması: %30 (Ara sınav ile final sınavı arasında yapılan
deneylerin deney notlarının toplanıp yapılan deney sayısına bölünmesiyle elde
edilecektir.)
7. Ön Hazırlık Raporu Ortalaması: %15 (Ara sınav ile final sınavı arasında
yapılan deneylerin ön hazırlık raporu notlarının toplanıp yapılan deney sayısına
bölünmesiyle elde edilecektir.)
8. Sonuç Raporu Ortalaması: %15 (Ara sınav ile final sınavı arasında yapılan
deneylerin sonuç raporu notlarının toplanıp yapılan deney sayısına bölünmesiyle
elde edilecektir.)
9. Teorik Sınav Notu: %15
10. Uygulama Sınav Notu: %25
5. Başarı Notu: Öğrencinin dönem sonu başarı notu aşağıdaki ağırlıklara göre
hesaplanacaktır.
Ara Sınav: %40
Final Sınavı: %60
LABORATUVARDA UYULMASI GEREKEN KURALLAR












Laboratuvar çalışmalarının verimli olabilmesi için deneylerin aşağıdaki kurallara
uygun olarak yapılması gerekmektedir:
Öğrenciler, laboratuvar çalışmalarından bir yarar elde edebilmek için yapacakları deneye
ilişkin kılavuzu önceden mutlaka okumalı ve her deneye hazırlıklı gelmelidir. Öğrenciler
deneylerden önce ilgili deney için Ön Hazırlık Raporu hazırlayacaklardır.
Deneyden önce kısa süreli bir sınav yapılacaktır. Bu sınava katılmayan ya da soruların
%60’ını cevaplayamayan öğrenciler ilgili deneye alınmayacaklardır.
3 adet deneye katılmayan öğrenciler daha sonraki deneylere alınmayacaklardır.
İlgili deneye ait malzemeleri bulundurmayan öğrenciler deneye alınmayacaklardır.
Laboratuvara yiyecek ve içecek getirilmeyecektir.
Deney sınavına veya deneye geç kalan öğrenciler deneye veya sınava alınmayacaklardır.
Deney süresince laboratuvardan çıkmak yasaktır. Deneylerini erken bitiren gruplar, deney
istasyonunu düzenleyip deney ölçüm sonuçlarını sorumlu öğretim elemanına imzalattıktan
sonra laboratuvardan ayrılabilirler.
Her deneyin Sonuç Raporu ertesi haftaki laboratuvar saatinde mutlaka getirilecektir. İmzalı
deney ölçüm sonuçları kağıdı Sonuç Raporu’ na eklenecektir. Raporu getirmeyenler o
deneyden sıfır puan almış olurlar.
Yönetmelik gereğince öğrenci deneylere %80 oranında devam etmek mecburiyetindedir.
Devam, her deneyde yoklama yapılarak tespit edilecektir.
Öğrencinin gelmediği deneyden alacağı not sıfırdır.
Deneyde kullanılacak olan malzeme (elektronik elemanlar, el aletleri, kablolar) deneyi
yaptıracak olan öğretim elemanından sayılarak teslim alınacaktır. Deney sonunda aynı
malzeme eksiksiz olarak geri verilecektir. Gruplar, kaybettikleri veya zarar verdikleri
malzemenin yerine yenisini koymak zorundadır. Bu nedenle deney süresince başka grupların
malzemelerini almayınız ve kendi malzemelerinizi başka gruplara vermeyiniz.
Diğer grupları rahatsız etmemek ve daha olumlu bir çalışma ortamı sağlamak için
laboratuvarda mümkün olduğu kadar sessiz çalışınız.
DENEYLER YAPILIRKEN DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN NOKTALAR






Devreleri kurarken gerilim kaynağı mutlaka kapalı olmalıdır.
Devreye gerilim verilmeden önce yapılan bağlantıların doğruluğu kontrol edilmeli.
a. Devrelerin besleme ve toprak hatları doğru olarak bağlandı mı?
b. Besleme gerilimi ve toprak hattı arasında kısa devre oluşabilir mi?
c. Çıkış olan bir hatta yanlışlıkla giriş işareti uygulanmış olabilir mi?
d. Çıkışlar yanlışlıkla kısa devre edilmiş olabilir mi?
e. Bağlantılar, deneyde istenen işlemi gerçekleştirmek üzere doğru olarak yapıldı mı?
Tüm bağlantıların doğruluğundan emin olduktan sonra devreye besleme gerilimi verilmeli.
Eğer devre beklendiği gibi çalışmıyorsa hemen besleme gerilimi kapatılarak devre kontrol
edilmeli. Kontrol işleminde 2. maddede belirtilen noktalara dikkat edilmeli.
Doğru çalıştığından şüphe edilen elemanların devre ile bağlantıları kesilmeli ve bu elemanlar
ayrı olarak test edilmelidir.
Devre üzerinde değişiklik yaparken (eleman ekleme/çıkarma, bağlantı değiştirme) gerilim
kaynağı mutlaka kapalı olmalıdır.
Tüm uğraşılara rağmen hata bulunamıyorsa laboratuvarda görevli öğretim elemanından
yardım istenmelidir.
RAPOR YAZIM KILAVUZU
Laboratuvar raporları, bilimsel bir çalışmada elde edilen sonuçları sunmak üzere
aşağıdaki kurallara uygun olarak hazırlanacaktır.
 Grup elemanları her deneyden sonra ortak bir grup raporu hazırlayacaklardır. Raporlar
beyaz A4 kâğıtlarının tek yüzüne, okunaklı bir el yazısı ile yazılarak hazırlanacaktır.
Çizimler bilgisayar ya da cetvel kullanarak bir mühendis özeniyle yapılacaktır.
 Raporlar bilimsel ve teknik bir anlatım tarzı kullanılarak Türkçe olarak yazılacaktır.
 Raporlar, deneyi yapan tüm öğrencilerin isimlerinin ve numaralarının yer aldığı tek tip
kapak sayfası ile başlayacaktır.
 Raporlar bir sonraki deneyde mutlaka getirilmelidir. Raporlarınızı deneyi yaptıran
öğretim üyelerine doğrudan vermeyiniz. Teslim zamanından daha geç getirilen
raporlar kabul edilmeyecektir. Eğer teslim tarihi tatil gününe denk geliyorsa tatilden
sonraki ilk iş günü rapor teslim edilecektir. Teslim edilmeyen raporların notu sıfır
olarak belirlenecektir.
 Raporlar aşağıdaki bölümlerden oluşacaktır:
Ön Hazırlık Raporu:

İlgili deney föyünde yer alan ön hazırlık sorularının cevapları yer alacaktır.
Sonuç Raporu:






Deney No ve Adı: İlgili deneyin adı ve deney numarası yazılacaktır.
Amaç: Deneyde hangi konuların incelenmesi ve öğrenilmesi amaçlanmaktadır?
Verilerin değerlendirilmesi: Bu bölümde deneyde kullanılan devre şemaları
çizilecek ve veriler tablolar halinde verilecektir. Grafikler çizilecek, hesaplamalar
yapılacaktır. Daha sonra veriler deney kılavuzunda tarif edildiği gibi
değerlendirilecektir.
Sonuçlar: Deneyin her bölümü için elde edilen sonuçlar (tablo, çizim, gözlem)
düzgün ve okunaklı bir şekilde yazılacak ve yorumlanacaktır. Eğer deneyde istenmişse
teorik olarak beklenen değerler ile deneyde elde edilen sonuçlar karşılaştırılacaktır.
Tamamlayamadığınız bölümler için de beklenen sonuçları yazınız.
Sorular: Deney kılavuzunda sorulan sorularının cevapları rapora yazılacaktır.
Yorum ve Görüşler: Öğrenciler deneyle ilgili yorum ve görüşlerini bu bölüme
yazacaklardır.
AVOMETRE VE MULTİMETRE NEDİR?
Akım, gerilim ve direnç ölçümü aynı ölçü aleti tarafından yapılabiliyorsa, bu ölçü aletine
Avometre denir. Bir ölçü aleti, akım, gerilim ve direnç ölçümüne ek olarak kapasitans,
endüktans, diyot, transistör, frekans ve iletkenlik gibi özellikleri de ölçebilen ölçü aletlerine
Multimetre denir. Multimetreler, analog ve sayısal olmak üzere iki çeşittir. Ölçülen değeri bir
ölçek üzerinde sapabilen ibre (ya da benzeri bir mekanik hareket) ile gösteren ölçü aletlerine
analog ölçü aletleri denir. Ölçülen değeri sayısal bir gösterge üzerinde sayısal olarak gösteren
ölçü aletlerine ise sayısal ölçü aletleri denir.
GERİLİM NASIL ÖLÇÜLÜR?
Gerilim Voltmetre veya Osiloskop ile ölçülür. Voltmetre olarak kullanılan Avometre veya
Sayısal MultiMetre (SMM) bir devrenin herhangi iki noktası arasındaki potansiyel farkını
ölçmek için kullanılan ölçü aletidir. Voltmetre ile gerilim ölçümü için sırasıyla aşağıdaki
kurallar uygulanmalıdır:
1. Voltmetre, gerilimi ölçülecek devre elemanı ile paralel bağlanır.
Voltmetrelerin iç dirençleri genellikle çok büyük olduğundan (megaohm’lar mertebesinde),
devreden çektikleri akım çok küçüktür.
Şekil 1. Voltmetre ile gerilim ölçmek için bağlantı şekli
Şekil 1’de, R1 ve R3 dirençleri üzerindeki gerilimleri ölçmek için voltmetrenin devreye nasıl
bağlanacağı gösterilmiştir.
2. DC gerilim ölçülürken yön önemlidir. Her şeyden önce hatalı bağlantı ile
Kirchhoff’un kanunlarına aykırı bir iş yapıldığı için yönler dikkate alınarak
bağlanmalıdır.
Sayısal ölçü aletleriyle DC gerilim ölçümünde, ölçüm uçlarının ters bağlanması durumunda
göstergedeki gerilim değerinin önünde eksi işareti okunur.
3. AC gerilim ölçümlerinde voltmetrenin bağlanma yönü önemli değildir.
4. Ölçü aleti üzerinde gerilim ölçümü için mevcut olan uygun test soketlerinin
kullanılması gerekir. Akım veya direnç için ayrılan soketlerinin kullanılmaması
gerekir. Sadece gerilim ölçümü için ayrılan soketler kullanılmalıdır.
5. AC veya DC ölçümün hangisi yapılıyorsa, fonksiyon seçme anahtarlarının bunlara
uygun konumlarda olması gereklidir. AC gerilim ölçümü yaparken DC kademede ise
ortalama değeri gösterir. AC kademede iken gerilimin efektif değerini gösterir.
6. Ölçüm aralığı seçme anahtarlarının uygun konumlarda olması gereklidir. Eğer
ölçülecek değer tam olarak bilinmiyorsa, tahmin edilen değerin bir üst kademesine
getirilerek ölçüme başlanmalıdır. Ölçülen kademede okunan değer, ancak ve ancak alt
kademenin en büyük değerinden küçükse, hassas okuma yapmak için daha sonra alt
kademeye getirilebilir. Bu ayarlamaların uygun yapılmaması durumunda ölçü aleti
zarar görebilir.
AKIM NASIL ÖLÇÜLÜR?
Akım Ampermetre ile ölçülür. Ampermetre olarak kullanılan Avometre veya SMM bir
iletkenden ya da bir devre elemanının içinden geçen akımı ölçmek için kullanılan ölçü
aletidir.
Ampermetre devreye bağlanırken güç kaynağının kapalı olması gereklidir.
Ampermetre ile akım ölçümü için sırasıyla aşağıdaki kurallar uygulanmalıdır:
1. Akımı ölçülecek devre elemanının bulunduğu bağlantı açılmalıdır. Bu noktaya
Ampermetre seri bağlanmalıdır. Aksi durumda ölçü aletinin sigortası yanabilir ya da
tamamen bozulabilir. Ampermetrenin devreye paralel olarak bağlanması durumunda,
ya ampermetrenin sigortası atar ya da bununla kalmayıp ampermetre hasar görebilir.
Şekil 2’de,
R1 ve R3 dirençleri üzerindeki akımları ölçmek için ampermetrenin
devreye nasıl bağlanacağı gösterilmiştir. Ampermetre devreye seri bağlandığında,
ampermetrenin iç direnci seri bağlı olduğu devrenin direncine eklenir. Bunun
sonucunda, hem ölçülecek olan akım azalır hem de Ampermetre üzerinde bir gerilim
düşümü olur. Bu etkiyi en aza indirmek amacıyla ampermetreler iç dirençleri çok
küçük (güç değeri yüksek) olacak şekilde tasarlanırlar.
Şekil 2. Ampermetre ile akım ölçmek için bağlantı şekli
2. DC akım ölçülürken yön önemlidir. Her şeyden önce hatalı bağlantı ile Kirchhoff’un
kanunlarına aykırı bir iş yapıldığı için yönler dikkate alınarak bağlanmalıdır.
DC akım ölçümlerinde, akım ampermetrenin her zaman artı uç olarak gösterilen Amper (20A
veya mA) soketlerinden birinden girip, eksi uç olarak bilinen COM soketinden çıkmalıdır.
Analog DC ampermetre de akım yönüne duyarlıdır. Sayısal ampermetrelerde ters bağlantı
durumunda göstergede akım değerinin başında eksi işareti okunur, fakat ölçü aleti hasar
görmez.
3. AC akım ölçümlerinde ampermetrenin bağlanma yönü önemli değildir.
4. Ölçü aleti üzerinde akım ölçümü için mevcut olan uygun test soketlerinin kullanılması
gerekir. Gerilim veya direnç için ayrılan soketlerinin kullanılmaması gerekir. Sadece
akım ölçümü için ayrılan soketler kullanılmalıdır.
5. Ölçüm aralığı seçme anahtarlarının uygun konumlarda olması gereklidir.
Eğer ölçülecek değer tam olarak bilinmiyorsa, tahmin edilen değerin bir üst kademesine
getirilerek ölçüme başlanmalıdır. Ölçülen kademede okunan değer, ancak ve ancak alt
kademenin en büyük değerinden küçükse, hassas okuma yapmak için 5. adım sonunda sonra
alt kademeye getirilebilir. Örneğin tahmin edilen değer 1.5 mA ise, ampermetre mA’lik
sokete bağlanmalı ve anahtar bir üst kademe olan 10 mA kademesine getirilmelidir. Hiçbir
tahmin yoksa ampermetre 20 A’lik sokete bağlanmalı ve anahtar 20 A kademesine
getirilmelidir. Bu ayarlamaların uygun yapılmaması durumunda ölçü aletinin sigortası
yanabilir ya da tamamen bozulabilir.
6. AC veya DC ölçümün hangisi yapılıyorsa, fonksiyon seçme anahtarlarının bunlara
uygun konumlarda olması gereklidir. AC akım ölçümü yaparken DC kademede ise
ortalama değeri gösterir. AC kademede iken akımın efektif değerini gösterir.
7. Güç kaynağı açılır ve akımın geçtiği yöne göre (+) ya da (–) değer okunur.
Ampermetre uçları güç kaynağı kapatılarak değiştirilmelidir.
8. Dolaylı olarak Osiloskop kullanarak da akım ölçümü yapılabilir. Değeri bilinen bir
direnç üzerindeki gerilimi ölçüp, Ohm yasasından (I=V/R) yararlanarak devreden
geçen akımı bulabilir.
DİRENÇ NASIL ÖLÇÜLÜR?
Elektriksel direnç Ohmmetre ile ölçülür. Ohmmetre olarak Avometre veya SMM kullanılır.
Direnci ölçülecek olan elemanın devre ile bağlantısının olmaması gerekir, en azından bir
ucunun boşta olması gereklidir. Ohmmetre ile direnç ölçümü için sırasıyla aşağıdaki kurallar
uygulanmalıdır:
1. Ohmmetrenin doğru çalışıp çalışmadığından anlamak için Ohmmetrenin uçlarını
birbirine birleştirilir. Bu durumda göstergede çok küçük değerde bir reel sayı
okunacaktır. Bu reel sayı, ölçü aletinin ve ölçü aleti kablolarının toplam iç direncidir.
Göstergede bunlardan farklı değerler görünmesi durumunda ölçü aletiniz bozulmuş
veya pili zayıflamış olabilir.
2. Uygun bir ohm kademesi seçilir. Eğer direnç değeri bilinmiyorsa, en yüksek
kademeden başlanarak uygun konumuna gelinceye kadar kademe azaltılır.
3. Ohmmetrenin ölçüm uçları direncin iki ucuna sıkıca temas ettirilir. Ölçüm sırasında,
ölçüm yapan kişi direncin bir ucundan tutabilir, fakat direncin iki ucundan da tutması
durumunda kendi vücut direnci de ölçülen direnç ile paralel bağlı olacağından hatalı
ölçüm yapılmış olur.
4. Dirençler üzerlerindeki değerde olmazlar. Dirençlerin gerçek değerlerinin Ohmmetre
ile ölçülmesi gerekir. Dirençlerin tolerans değerlerinin olması, teorik ve pratik
sonuçlarda farklılığa neden olan sebeplerden biridir.
Direnç Çeşitleri:
Dirençler, kullanılacak yere ve amaca göre çeşitli şekillerde üretilirler. Bunların bazıları
aşağıda verilmiştir:

Sabit dirençler,

Değişken dirençler,

Foto rezistif dirençler,

Isıya duyarlı dirençler,

Tümleşik dirençler.
1. Sabit Dirençler
Fiziksel olarak bir bozulmaya uğramadığı sürece direnç değeri değişmeyen yani aynı kalan
dirençlerdir. Boyutları ve yapılışı içinden geçen akıma dolayısıyla üzerinde harcanan güce
göre değişir. Düşük güçlerde karbon veya metal dirençler, yüksek güçlerde ise tel sargılı
dirençler kullanılır. Karbon dirençler üretici firmalar tarafından 1/8 W, 1/4 W, 1/2 W, 1W’lık
güçlerde, tel dirençler ise 8 W, 10W, 16 W, 25 W, 40 W ve 60W’lık güçlerde standart olarak
üretilirler. Devre gerçekleştirmelerinde devrede kullanılan direnç elemanlarının güçlerinin
seçimine “diğer elemanların güçlerinin seçiminde de olduğu gibi” dikkat etmek gerekir.
Karbon dirençlerin direnç değerleri için yaygın olarak kullanılan standartlar E12 ve E24
standartlarıdır. Standart dirençlerin değerleri genel olarak iki şekilde belirtilir. Birinci olarak,
üretici firma tarafından direnç üzerine direncin değeri (Ω, K Ω, M Ω olarak) ve güçleri (1/8
W, 1/4 W, 1 W olarak) yazılır. İkinci olarak, karbon dirençlerde direnç değeri ve tolerans dört
renk bandı ile gösterilir.
Karbon dirençler üzerindeki renk bantları Şekil 3’de gösterilmiş, renk kodları Tablo 1’de
verilmiştir. Şekil 3’de görüldüğü gibi, dört renk bandından üçü (A, B ve C) birbirine yakın,
dördüncüsü (T) bu gruptan biraz uzaktır. A, B ve C renk bantları direncin değerini tanımlar, T
renk bandı ise direncin toleransını tanımlar. Direncin tolerans değeri, üretim hataları
nedeniyle direnç değerinin üzerinde yazılı olan değerden yüzde kaç farklı olabileceğini
gösterir. Örneğin, 100’luk bir direncin toleransı ±%5 ise, direncin değeri büyük bir olasılıkla
95 ile 105 Ω arasındır.
i.
Direnç, tolerans renk bandı (T) sağ tarafa gelecek şekilde tutulur.
ii.
Soldan birinci ve ikinci renk bantlarının (A ve B) tanımladıkları sayılar yan yana
sırasıyla yazılır.
iii.
A ve B bantlarının tanımladığı iki rakamın yanına üçüncü renk bandı (C) ile
tanımlanan sayı kadar sıfır yazılır (ya da A ve B den elde edilen sayı 10C ile çarpılır).
Elde edilen sayı ohm türünden direnç değerini verir: R=AB×10C ohm.
iv.
Karbon dirençlerin tolerans değerleri Çizelge 2’de verilmiştir. Tolerans renk bandı
altın rengi ise tolerans %5, gümüş rengi ise tolerans %10, tolerans renk bandı yoksa
tolerans %20 demektir.
Direnç Değeri = ABx10C Ω
Tolerans = %T
A B
C
T
1. Sayı
Tolerans
Çarpan
2. Sayı
Şekil 3. Karbon direnç renk bantları
Tablo 1. Direnç değerleri.
Renk
1.Sayı-2.Sayı Çarpan
Siyah
0
Kahverengi
1
1
Kırmızı
2
2
Turuncu
3
Sarı
4
Yeşil
5
0.5
Mavi
6
0.25
Mor
7
0.10
Gri
8
0.05
Beyaz
9
Bant Yok
Tolerans
20
Gümüş
0.01
10
Altın
0.1
5
Metal film dirençlerde ise beş renk bandı bulunur. Soldan sağa ilk üç renk bandı sayı tanımlar
(A, B ve C), dördüncü bant (D) çarpanı tanımlar (10D), beşinci bant (T) toleransı tanımlar R=
(ABC).10D ±%T. Metal film dirençlerin toleransları ± %0,05’den ± %10’a kadar değişen
değerlerde olabilir. Bu toleranslar çeşitli renklerle tanımlanır.
Bazı üreticiler direncin değerini ve toleransını direncin üzerine doğrudan ya da harf kodlu
olarak yazarlar.
Direncin değerini tanımlayan harfler:
R = Ohm (Ω), K = Kilo Ohm (KΩ), M = Mega Ohm (MΩ)
Toleransı tanımlayan harfler:
F = ± %1, G = ± %2, J = ± %5, K = ± %10, M = ± %20
 1000 Ω’a kadar olan dirençler için “R” harfi kullanılır:
 R’den önce gelen sayı “Ohm” olarak direncin değerini gösterir
 R’den sonra gelen sayı direncin ondalık değerini gösterir
 En sondaki harf toleransı gösterir
 Örneğin, 5R6F = 5.6 ± %1 ğ; R25K = 0.25 ± %10 Ω.
 1 kΩ’dan 1 MΩ’a kadar olan dirençler için “K” harfi kullanılır (Örneğin,
2K0G=2.0±%2 kΩ; 3K9J = 3.9±%5 kΩ)
 1
MΩ’dan
büyük
değerdeki
dirençlerde
“M”
harfi
kullanılır
(Örneğin,
5M0M=5.0±%20 MΩ)
2. Değişken Dirençler: Direnç değeri, 0 Ω le 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. Değişken dirençler 270 derecelik daire biçiminde
(örneğin trimpotlar ve potansiyometreler) ve düz bir biçimde (örneğin sürgülü
potansiyometreler) üretilirler.
3. 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.
4. Isıya Duyarlı Dirençler: Direnci ısıya bağlı olarak değişen doğrusal olmayan
dirençlerdir (PTC, NTC).
5. Tümleşik Dirençler: Yarıiletken teknolojisiyle üretilen jonksiyon dirençler ve incefilm dirençlerdir.
OSİLOSKOP NEDİR?
Osiloskop, devre elemanlarının karakteristiklerinin çıkartılmasında ve zamana bağlı olarak
değişen gerilimlerin incelenmesinde kullanılan bir ölçü aleti olup, çok hızlı değişen bir veya
birden fazla sinyalin aynı anda incelenmesinde, genlik, frekans ve faz ölçümlerinde kullanılır.
Zamana bağlı olarak değişen bir akım veya gerilim fonksiyonu, ibreli (analog) veya sayısal
(digital) bir ölçme aleti ile ölçülebilmektedir. Fakat bu aletler fonksiyonun gerçek değişimi
hakkında bilgi verememektedirler. Ancak değişim, kısa aralıklarla okunan değerlerin (zamanı
da kaydederek) bir eksen takımı üzerinde gösterilmesi ile görülebilir ise de bu oldukça zor bir
iştir. Bu nedenle, işareti zaman düzleminde gösteren bir ölçüm aleti olan osiloskoplar imal
edilmiştir.
SİNYAL JENERATÖRÜ NEDİR?
Sinyal jeneratörü, istenen genliğe, frekansa ve dalga şekline sahip sinyal üreten bir cihazdır.
Sinyal jeneratörlerinin çok farklı model ve tipleri olmasına rağmen genellikle sinüs, kare
dalga ve testere dişi olmak üzere üç temel dalga şeklinde sinyal üretirler. İstenen sinyal şekli
fonksiyon tuşlarından ilgili olana basılarak elde edilir. Üretilen sinyalin genliği amplitude
(genlik) düğmesi çevrilerek değiştirilir. Üretilen sinyalin genliği osiloskop kullanılarak
saptanır. İstenen genlik değerine sahip sinyalin üretilebilmesi için genlik düğmesi çevrilirken
osiloskop ekranından sinyalin genliğinin takip edilmesi gerekmektedir. Sinyal jeneratöründe
üretilen sinyalin genliği tepeden tepeye genlik değeri olarak yani Vpp şeklinde ifade edilir.
Sinyal jeneratöründe üretilecek sinyalin frekansını belirlemek oldukça kolaydır. Öncelikle
istenen frekans değerine yakın range (saha) tuşlarından biri basılır. Daha sonra çarpan
düğmesi konumu, seçilen saha tuşu ile çarpan konumunun çarpımları sonucu istenen frekans
değerini verecek şekilde konumlandırılır. Örneğin; 1.4KHz’lik bir sinyal üretmek için saha
tuşlarından 1KHz tuşuna basılı ve daha sonra çarpan düğmesi 1.4 konumuna getirilir.
Böylelikle 1KHz x 1.4 = 1.4KHz değerinde sinyal üretilmiş olur. Eğer sinyalin frekansını
800Hz’e düşürmek istersek, başka hiçbir değişiklik yapmaksızın çarpan düğmesinin 0.8
konumuna getirmemiz yeterlidir. Sinyal jeneratörleri genellikle iki adet çıkışa sahiptirler.
Bunlardan birincisi ve elektronik devrelerinin gerçekleştirilmesinde kullanılacak olan 50Ω
çıkışıdır. Burada 50Ω sinyal jeneratörünün iç direncini temsil etmektedir. Bu çıkıştan sinyal
jeneratörünün üretme aralığında olan tüm sinyaller alınabilir. İkinci çıkış ise TTL çıkışıdır.
TTL çıkışı, dijital (sayısal) devrelerin gerçekleştirilmesinde kullanılan istenilen frekansa
sahip, sabit 5Vpp ve kare dalga sinyal çıkışıdır.
DENEY 1: Direnç Değerlerini Okuma
Amaç: Direnç değerlerini sayısal ohmmetre kullanarak ölçmek, okunan değer ile ölçülen
değeri kıyaslamak ve farkın belirtilen tolerans sınırları içinde olup olmadığını incelemek.
Deneyde Kullanılacak Malzemeler:
1. Breadboard
2. Avometre
3. Çeşitli dirençler (100Ω, 1 KΩ, 2.2 KΩ, 10 KΩ, 100KΩ) ve bağlantı kabloları
Teorik Bilgi:
)
Bağıl (Yüzde) Hata=(
|
Mutlak Hata=|
Ön Hazırlık Soruları:
S.1. Dirençler hakkında genel bilgi edininiz.
S.2. Potansiyometrenin kullanım şekli ve alanları hakkında bilgi edininiz.
Deneyin Yapılışı:
I. Direnç toleransının incelenmesi
1. Tablo 1.1’ deki dirençler için gerekli olan değerleri ölçerek tolerans değeri ile
kıyaslayınız.
Tablo 1.1
Direnç
Yazılı Tolerans Ölçülen Değer
Fark
100 Ω
1K
2.2K
10K
100K
II. Dirençlerin seri bağlanmalarının incelenmesi
1. 2,2K ile 10K dirençlerini board’a seri olarak bağlayınız.
2. Toplam direnci multimetre kullanarak ölçünüz. Sonucu yazınız.
3. Aynı işlemi 1K, 2,2K ve 10K dirençlerini seri bağlayıp tekrarlayınız.
R1
R2
Ohm-metre
Şekil 1.1
III. Dirençlerin paralel bağlanmalarının incelenmesi
1. 2,2K ile 10K dirençleri board üzerinde paralel olarak bağlayınız.
2. Toplam direnci multimetre kullanarak ölçünüz. Sonucu yazınız.
3. Aynı işlemi 1K, 2,2K ve 10K dirençlerini paralel bağlayıp tekrarlayınız.
R1
R2
Ohm-metre
Şekil 1.2
IV.
1.
Potansiyometrenin incelenmesi.
10K potansiyometresinin en dış iki ucu arasında direnç ölçümü yapınız. Bu işlem için
multimetreyi ohm-metre olarak kullanınız.
2.
Ölçtüğünüz direnci not ediniz.
3.
Potansiyometre kabzasını gelişi güzel çeviriniz ve bu işi yaparken multimetrede okunan
direnç değerinin değişip değişmediğini gözleyiniz.
4.
Direnç ölçümünü orta uç ile dış uçlardan biri arasında yapınız. Potansiyometre
kabzasını rastgele çeviriniz. Bu sırada multimetrede okunan direnç değerinin değişip
değişmediğini gözleyiniz.
Deney Sonuç Soruları:
S.1. Deney sonucunda elde edilen verileri teorik hesaplamalarla kıyaslayınız. Farklılıkları
yorumlayınız.
DENEY 2: OrCAD Pspice programı kullanılarak benzetim (simulasyon) çalışması
Amaç: OrCAD Pspice programının kullanımının öğrenilmesi.
Deneyde kullanılacak malzemeler:
1. Bilgisayar
2. OrCAD Pspice programı
Teorik Bilgi:
1. Programın Çalıştırılması:

Başlat> Tüm Programlar> Orcad Family Release 9.2> Capture CIS

Karşınıza gelen pencere Orcad Capture’ ın başlangıç ekranıdır. Bu ekranda File
menüsünün altındaki New seçeneğinden Project’ i seçin.

Açılan pencereden “Analog or Mixed A/D seçeneğini seçiniz. Daha sonra projenize
bir isim veriniz. Projenizin kaydedileceği klasörü de Browse tuşu ile seçtikten sonra
OK tuşuna basınız. ( Projenizin isminde ve kaydettiğiniz klasörün isminde Türkçe
karakter kullanmayınız )

Bir sonraki pencerede “create a blank project” i seçin ve OK tuşuna basın. Böylelikle
boş bir tasarım penceresi açmış olacaksınız.

Karşınıza gelen ekran devrenizi kuracağınız çalışma ortamınızdır.
• Ekranın sağ tarafında Tool Panel vardır. Parçaları, kabloları, düğümleri bu panelden
ekleyebilirsiniz.
• Ekranın üst tarafında simulasyon profili oluşturacağınız buton, voltage marker, current
marker tuşlarının bulunduğu panel vardır.
• Çalışma ortamınızın boyutlarını Option->Schematic page properties->PageSize’ dan
ayarlayabilirsiniz.
• Eğer sizin ekranınınızda görünmeyen panel varsa bunu Wiev menüsünden görünür hale
getirebilirsiniz.
2.1.Orcad Menüsünün Tanıtımı:
2.1.1. File Menüsü:
New: Bu seçenek yeni bir proje veya dizayn başlatmakta kullanılır.
Open: Bu seçenek daha önceden kayıtlı bir projenin veya devrenin açılmasını sağlar.
Close: Bu seçenek açık olan şematik editör penceresinin kapatılmasını sağlar.
Save: Projenin son hali ile kaydedilmesi sağlanır.
Import/Export Design: Başka bir program kullanarak oluşturulmuş devreyi OR-CAD
programına ya da OR-CAD programında dizayn edilmiş devreyi başka bir programa
aktarmaya yarar.
Exit: Bu seçenekle Capture Programından çıkılır.
2.1.2. Edit Menü:
Undo: Bu seçenek kullanılarak bir önceki yapılan işlem geriye alınır.
Redo: Bu seçenek ile Undo kullanılarak yapılmış işlem bir ileri alınır.
Repeat: İşleminizi tekrarlar.
Cut: Seçtiğiniz kısmı keser.
Copy: Seçtiğiniz kısmı kopyalar.
Paste: Seçtiğiniz kısmı başka bir yere yapıştırır.
Delete: Seçtiğiniz kısmı siler.
Select All: Bütün çalışmanızı seçer.
Properties: Çalışmalarınızın özelliklerini buradan seçersiniz.
Part: Devre elemanlarınızda üzerinizde değişiklik yapmanızı sağlar.
Mirror: Seçtiğiniz kısmı ayna görünümüne çevirir.
Rotate: Seçtiğiniz kısmı çevirir.
Group: Devre elemanlarınızı gruplar halinde ayırabilirsiniz.
Ungroup: Gruplarınızı tekrar eski haline getirir.
Find: Burada aramak istediğiniz devre elemanını kolayca bulmanızı sağlar.
2.1.3. View Menü:
Tool Pallete: Malzeme paletidir.
Toolbar: Bu seçenek menülerin bulunduğu yerle alakalı işlem yapmaya yarar.
Status Bar: İmlecin bulunduğu yeri (x, y) ve zoom durumunu belirtir.
Grid: Elemanları yerleştirmede kolaylık sağlayan noktalarla alakalı işlemlerde kullanılır.
Grid References: Çalışmanızı oluşturmada size yardımcı olur.
2.1.4. Place Menü:
Devrenize eklemek isteyebileceğiniz parçalar, yazı, resim… vb. için ve Place Part
penceresini açmak için hazırlanmış bir menüdür.
3. Devre Kurma:
Tool palette’de ikinci ikonu tıklayarak ( Place Part ), klavyeden P tuşuna basarak veya
Place menüsünden Place Part penceresini açabilirsiniz. Bu pencereden tasarım ekranına
yerleştirmek istediğiniz devre elemanını seçebilirsiniz. Pspice’ da elektronik parçalar
kütüphaneler halinde sınıflandırılmışlardır. Bir parça eklemek için önce o parçanın içinde
bulunduğu kütüphanenin çalışma ortamına eklenmesi gerekir. Place Part penceresini
açtıktan sonra Add Library tuşuna basıp istediğiniz kütüphaneleri ekleyebilirsiniz. Temel
elemanlar (Direnç, kapasitör, bobin…) analog.olb kütüphanesinde, kaynaklar ise
source.olb kütüphanesinde bulunur.

Daha sonra istediğiniz parçayı seçip OK tuşuna basınız.

Ekranda herhangi bir yere tıklayarak parçayı bırakabilirsiniz. Parçayı sağa veya sola
çevirmek istiyorsanız bırakmadan önce veya parça seçili durumdayken R (Rotate)
tuşuna basınız.

Parçalar konulduktan sonra sağ taraftaki toolbar dan Place Wire tuşuna basılarak
birleştirilir.

Parçaların değerlerini girmek için iki yol vardır. Birincisi parçanın yanında yazan
değere çift tıklayıp gelen ekrana değeri yazmak ikincisi ise parçaya çift tıklayıp çıkan
pencerede Value kutucuğuna değeri yazmaktır.
NOT: Pspice’ da ölçek ve birim kısaltmaları şu şekildedir;
V : Volt
Ohm : Ohm
DEG : Derece
A : Amper
H : Henry
Hz : Hertz
F : Farad
T : Tera(= E12)
G : Giga(= E9)
M : Mega(= E6)
k : Kilo(= E3)
m : Mili(= E-3)
u : Mikro(= E-6)
n : Nano(= E-9)
p : Piko(= E-12)
f : Femto(= E-15)


Elemanların üzerine çift tıklama ile açılan pencere Property Editor dür. Bu pencereden
parçaların bir çok özelliğini değiştirmek mümkündür.
Devrenin tamamlanması için bir referans gerilimine ihtiyaç vardır. Bunun için
Toolbardan Place ground tuşuna basıp gelen ekrandan 0/SOURCE yi
seçiyoruz.(Ground’un ismi daima 0 olmalı)
NOT: Sık Kullanılacak Parçalar ve Sembolleri
4. Simülasyon Profili Oluşturmak:

İstenilen devre kurulduktan sonra Simülasyon ayarlarının yapılması gerekmektedi
r. Bunun için aşağıdaki şekilde gösterilen simülasyon butonuna tıklamak gereklidir.

“New Simulation” penceresinden simülasyona herhangi bir isim verebilirsiniz. Türkçe
karakter kullanmamanız tercih edilir.

Daha sonra karşınıza gelen ekrandan simulasyon tipini ve değişkenleri seçerek Tamam
tuşuna basınız.

Daha sonra devrenin herhangi bir yerindeki voltajı,akımı yada gücü ölçmek için
voltage,current,power marker kullanılır.


İstenilen problar konulduktan sonra simulasyonu başlatmak için üst taraftaki Run
PSpice tuşuna basılmalıdır.
Current markerlar devre elemanlarının pinlerinin ucuna bağlanmalı, Power markerlar
ise elemanların üzerine konulmalıdır. Bunlar kablolara konulmak istenirse uyarı
mesajı ile karşılaşılır.


Grafikte istenen bir noktanın değerini görmek için Toggle Cursor butonuna basıp
noktayı tespit edip daha sonra Mark Label ile işaretleyebilirsiniz. Mark Label
ikonunun bulunduğu toolbardaki diğer ikonlarla grafiğinizde maksimum, minimum…
vb. noktaları bulabilirsiniz.
Add Trace ikonu ile simülasyonda var olan tüm değişkenlerle matematiksel işlemler
yapılabilir ve bu işlemlerin sonuçları grafiğe aktarılabilir.

Eklediğiniz grafikleri silmek istediğinizde, grafiğin altında bulunan işlemler
listesinden eklediğiniz işlemin adını tıklayıp bilgisayarınızda Del tuşuna basmanız
yeterlidir.
Ön hazırlık Soruları:
1. Şekil 2.1’ deki devrenin teorik olarak analizini yaparak direnç üzerinden geçen akım ve
direnç üzerine düşen gerilim değerlerini hesaplayınız.
10kΩ
24V
Şekil 2.1
Deneyin Yapılışı:
1. Devreden geçen akımı hesaplamak için Ohm Kanununu (I=E/R) kullanınız.
2. Kaynak tarafından dağıtılan gücü ve eleman üzerindeki gerilimi hesaplayınız.
3. Şekil 2.1’de gösterilen devreyi OrCAD Pspice programında oluşturunuz.
4. Direnç üzerinden geçen akım değerini ve direnç üzerine düşen gerilim değerini gözleyiniz.
Deney Sonuç Soruları:
S.1. Şekil 2.2’ de gösterilen devredeki elemanların akım ve gerilimlerini teorik olarak
hesaplayınız.
S.2. Şekil 2.2’ de gösterilen devreyi OrCAD Pspice benzetim programında oluşturarak
çıkışları elde ediniz.
10kΩ
1A
Şekil 2.2
DENEY 3: Ohm ve Kirchoff Kanunları’nın İncelenmesi
Amaç: Ohm ve Kirchoff Kanunları’nın geçerliliğinin deneysel olarak gözlemlenmesi.
Deneyde Kullanılacak Malzemeler:
1. DC Güç Kaynağı
2. Avometre
3. Çeşitli değerlerde dirençler (1KΩ, 2.2KΩ, 3.3KΩ, 4.7KΩ(2 adet), 10KΩ ) ve bağlantı
kabloları
Teorik Bilgi:
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.
İ6
İ7
İ1
İ5
İ2
İ3
İ4
Düğüm noktasını besleyen akımlar (giren akımlar) : i1, i3, i4, i7
Düğüm noktasından beslenen akımlar (çıkan akımlar) : i2, i5, i6
Bu durumda;
Kirchoff Gerilim Kanunu: Bir elektronik devrenin sahip olduğu çevrelerdeki gerilim
düşmelerinin cebirsel toplamı sıfıra eşittir.
+
VR1
+
VR2
- +
+
İ1
VS
+
VR4
+
İ2
VR3
-
VR5
-
-
İ1 akımının dolaştığı kapalı çevre için ;
İ2 akımının dolaştığı kapalı çevre için ;
eşitlikleri kullanılır.
Ön Hazırlık Soruları:
1 kΩ
İ1
+
A İ3
İ4
-
B
İ5
İ2
I
5V
4.7 kΩ
3.3 kΩ
II
2.2 kΩ
4.7 kΩ
İ6
10 kΩ
Şekil 3.1.
S.1. Şekil 3.1’de verilen devrede tüm dallardaki akımları istediğiniz bir yöntemle bulunuz.
S.2. 1 kΩ’luk direncin üzerindeki gerilimi hesaplayınız.
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.
S.5. Şekil 3.1’de verilen devreyi Pspice benzetim programı ile çizerek Ohm Kanunu’nun,
Kirchoff’un
Gerilim
Kanunu’nun
ve
Kirchoff’un
Akım
Kanunu’nun
geçerliliğini
gözlemleyiniz.
Deneyin Yapılışı:
1. Şekil 3.1’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 3.1’ e kaydediniz.
Tablo 3.1.
I1
I2
I3
I4
I5
I6
(mA)
(mA)
(mA)
(mA)
(mA)
(mA)
VR3 (V)
VR4 (V)
VR5(V)
VR6(V)
Ölçme
Hesap
VR1 (V)
VR2 (V)
Ölçme
Hesap
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.
DENEY 4: Süperpozisyon Teoreminin İncelenmesi
Amaç: Süperpozisyon teoreminin geçerliliğinin deneysel olarak gözlemlenmesi.
Deneyde Kullanılacak Malzemeler:
1. DC Güç Kaynağı
2. Avometre
3.Çeşitli değerlerde dirençler (1KΩ, 2.2KΩ, 3.3KΩ, 4.7KΩ, 5KΩ, 10KΩ ) ve bağlantı
kabloları
Teorik Bilgiler:
Birden fazla kaynak içeren bir devre göz önüne alındığında; bu kaynakların devre
üzerindeki toplam etkisi her bir kaynağın tek başına meydana getirdiği etkilerin toplamına
eşittir. Buna süperpozisyon teoremi denir. Tek bir kaynağın etkisi incelenirken, o kaynağın
dışındaki kaynaklar etkisiz hale getirilir. (Akım kaynakları açık devre, gerilim kaynakları ise
kısa devre). Tek tek her bir kaynağın etkisi elde edildikten sonra bu etkiler toplanarak tüm
kaynakların toplam etkisi elde edilir.
Şekil 4.1.
Yukarıdaki devrede gerilim kaynakları ve dirençlerin eşdeğer olduğu varsayılırsa;
R1 = R2 = R3 = R ve VS1 = VS2 = V olur.
R2 üzerindeki gerilim,
olur.
Süperpozisyon tekniğini inceleyebilmek için öncelikle ilk kaynağın devre üzerinde etkisini
görelim. İkinci kaynak bağımsız bir gerilim kaynağı olduğundan bu durumda kısa devre
olacaktır.
Şekil 4.2.
Devre analiz edilirse;
olarak elde edilir.
Şimdi ise ilk bağımsız gerilim kaynağı kısa devre edilip ikinci kaynağın etkisi incelenecek
olursa;
Şekil 4.3.
Devre analiz edilecek olursa;
olarak elde edilir.
Süperpozisyon teoremine göre toplam gerilim iki gerilimin toplamı olduğundan;
sonucuna ulaşılır.
Ön Hazırlık Soruları:
1 kΩ
İ1
+
A İ3
3.3 kΩ
İ4
İ2
12 V
-
4.7 kΩ
İ5
2.2 kΩ
+
5V
5 kΩ
-
Şekil 4.4.
S.1. 12 V değerindeki kaynağı kısa devre varsayıp dallardaki akımları ve dirençlerdeki
gerilimleri hesaplayınız.
S.2. 5 V değerindeki kaynağı kısa devre varsayıp dallardaki akımları ve dirençlerdeki
gerilimleri hesaplayınız.
S.3.Süperpozisyon yöntemi ile tüm dallardaki akımları ve dirençlerdeki gerilimleri bulunuz.
S.4. Şekil 4.4’de verilen devrenin Pspice programı ile simülasyonunu yapıp, süperpozisyon
yöntemi ile tüm dallardaki akımları ve dirençlerdeki gerilimleri elde ediniz.
Deneyin Yapılışı:
1. Şekil 4.4’de verilen devreyi kurunuz.
2. VS1 aktif iken (VS2 devrede değil ve uçları kısa devre iken) akım ve gerilim değerlerini
ölçüp Tablo 4.1 ve Tablo 4.2’ye kaydediniz.
3. VS2 aktif iken (VS1 devrede değil ve uçları kısa devre iken) akım ve gerilim değerlerini
ölçüp Tablo 4.1 ve Tablo 4.2’ye kaydediniz.
4. VS1 ve VS2 aktif iken akım ve gerilimleri ölçüp Tablo 4.3’ e kaydediniz.
5. 2. ve 3.şıklarda elde edilen değerlerin toplamlarının 4.şıkta elde edilen değerleri verip
vermediğini kontrol ediniz.
Tablo 4.1.
İ1 (mA)
İ2 (mA)
İ3 (mA)
İ4 (mA)
İ5 (mA)
VR3 (V)
VR4 (V)
VR5 (V)
VS1 aktif iken
VS2 aktif iken
Toplam
Tablo 4.2.
VR1 (V)
VR2 (V)
VS1 aktif iken
VS2 aktif iken
Toplam
Tablo 4.3.
İ1 (mA)
İ2 (mA)
İ3 (mA)
İ4 (mA)
İ5 (mA)
VR1 (V)
VR2 (V)
VR3 (V)
VR4 (V)
VR5 (V)
VS1+VS2
aktif
VS1+VS2
aktif
Deney Sonuç Soruları:
S.1. Ön hazırlık sorularında bulduğunuz akım ve gerilim değerleriyle, deneyde ölçtüğünüz
değerleri karşılaştırınız.
S.2. Tablo 4.3’deki değerlerin Tablo 4.1 ve Tablo 4.2’deki toplam değerleri ile karşılaştırınız.
DENEY 5: Thevenin ve Norton Teoreminin İncelenmesi
Amaç: Thevenin ve Norton Teoremleri’ nin gerçekliğinin deneysel olarak incelenmesi.
Deneyde Kullanılacak Malzemeler:
1. DC Güç Kaynağı
2. Avometre
3. Potansiyometre, Çeşitli değerlerde dirençler (1KΩ(2 adet), 390Ω) ve bağlantı kabloları
Teorik Bilgiler:
Thevenin Teoremi
Bağımlı ve bağımsız kaynaklar ile pasif devre elemanları içeren iki uçlu bir doğrusal devre,
bu iki uç arasında bir eşdeğer bağımsız gerilim kaynağı ile seri bağlı bir eşdeğer pasif daldan
oluşan bir eşdeğer devre ile tanımlanabilir. Bu eşdeğer devreye Thevenin eşdeğer devresi
denir. Eşdeğer gerilim kaynağının (Thevenin gerilim kaynağı) değeri doğrusal devrenin iki
ucu arasındaki açık devre gerilimine eşittir. Pasif daldaki devre elemanının değeri ise,
devredeki bağımsız kaynaklar sönük iken doğrusal devrenin iki ucu arasından görülen eşdeğer
pasif devre elemanıdır. Devrede pasif devre elemanları olarak sadece dirençler varsa, bu
durumda eşdeğer pasif devre elemanı devredeki bağımsız kaynaklar sönük iken devrenin iki
ucu arasından görülen eşdeğer dirençtir.
Şekil 5.1 (a)’daki doğrusal devrenin a-b uçları arasındaki Thevenin eşdeğer devresi Şekil 5.1
(b)’de gösterilmiştir. Thevenin gerilim kaynağının değeri VTh=vab(açık devre)’dir. Thevenin
gerilim kaynağının kutuplanma yönü, doğrusal devredeki açık devre vab geriliminin
kutuplanma yönündedir. Thevenin eşdeğer direnci (RTh ya da Reş), bağımsız kaynaklar sönük
iken a-b uçları arasından görülen eşdeğer dirençtir.
Bağımsız ve bağımlı
kaynaklar ile dirençler
içeren doğrusal devre
Şekil 5.1. a) Doğrusal devre
a
+
a
+
b
b
b) Thevenin eşdeğer devresi
Norton Teoremi
Pasif devre elemanları ve dirençler içeren iki uçlu bir doğrusal devre, bu iki uç arasında bir
eşdeğer bağımsız akım kaynağı ile paralel bağlı bir eşdeğer pasif daldan oluşan bir eşdeğer
devre ile tanımlanabilir. Eşdeğer akım kaynağının (Norton gerilim kaynağı) değeri doğrusal
devrenin iki ucu arasına yerleştirilen kısa devreden geçen akımına eşittir. Pasif daldaki devre
elemanının değeri ise, devredeki bağımsız kaynaklar sönük iken doğrusal devrenin iki ucu
arasından görülen eşdeğer pasif devre elemanıdır. Devrede pasif devre elemanları olarak
sadece dirençler varsa, bu durumda eşdeğer pasif devre elemanı devredeki bağımsız kaynaklar
sönük iken devrenin iki ucu arasından görülen eşdeğer dirençtir.
Şekil 5.2 (a)’daki doğrusal devrenin a-b uçları arasındaki Norton eşdeğer devresi şekil 5.2
(b)’de gösterilmiştir. Norton akım kaynağının değeri, şekil 5.2 (c)’de gösterildiği gibi
doğrusal devrenin a-b uçları arasına yerleştirilen kısa devreden geçen akıma eşittir (IN= Ikısa
devre).
Norton akım kaynağının yönü, Norton eşdeğer devresinde a-b uçları arasına
yerleştirilecek bir kısa devreden geçecek akımın, doğrusal devrenin a-b uçları arasına
bağlanan kısa devreden geçen akım ile aynı yönde olmasını sağlayacak şekilde belirlenir.
Norton eşdeğer direnci (RN ya da Reş) bağımsız kaynaklar sönük iken a-b uçları arasından
görülen eşdeğer dirençtir.
a
Bağımsız ve bağımlı
kaynaklar ile dirençler
içeren doğrusal devre
a
b
b
(b)
(a)
a
Bağımsız ve bağımlı
kaynaklar ile dirençler
içeren doğrusal devre
b
(c)
Şekil 5.2. (a) Doğrusal bir devre; (b) Norton eşdeğer devresi;(c) a-b uçları kısa devre yapılmış
doğrusal devre.
Kaynak dönüştürme yöntemi uygulanarak Thevenin ve Norton eşdeğer devreleri arasında
dönüşüm yapıldığında,
bağıntıları geçerlidir. Burada RTh= RN=Reş’dir.
Ön Hazırlık Soruları:
S.1. Şekil 5.3.’deki devrenin a) Thevenin eşdeğer devresini, b) Norton eşdeğer devresini elde
ediniz.
390Ω
a
1kΩ
10V
1kΩ
5V
b
Şekil 5.3.
S.2. Şekil 5.3’ teki devreyi ve eşdeğer devreleri Pspice programı ile analiz ederek sonuçları
karşılaştırınız.
Deneyin yapılışı:
1. Şekil 5.3’te verilen devreyi kurunuz.
2. a-b arasındaki Thevenin geriliminin (VTh) değerini bulunuz ve kaydediniz.
3. a-b arasındaki Norton akımının (IN) değerini bulunuz ve kaydediniz (akımın referans
yönünü a’dan b’ye doğru olacak şekilde seçiniz).
4. Gerilim kaynaklarını devreden çıkartarak bunların yerine kısa devre yerleştiriniz.
(1) a-b uçları arasına 10 V’luk bir gerilim kaynağı uygulayınız. Kaynak üzerindeki akım
değerini ölçünüz ve kaydediniz. Ölçülen gerilim ve akım değerinden yararlanarak, a-b
arasındaki eşdeğer direncin değerini bulunuz ve kaydediniz.
(2) a-b uçları arasındaki eşdeğer direnci ohmmetre kullanarak ölçünüz ve kaydediniz.
5. Şekil 5.3.’deki devreyi yeniden kurunuz ve devrenin a-b uçları arasına 1 kΩ’luk bir
yükdirenci bağlayınız ve bu yük direnci üzerindeki akım ve gerilim değerlerini ölçünüz ve
kaydediniz.
6. 2 ve 4(2)’de bulduğunuz ölçüm sonuçlarını kullanarak, Şekil 5.3.’deki devrenin Thevenin
eşdeğer devresini kurunuz. Bu eşdeğer devrenin a-b uçlarına 1 kΩ’luk bir yük direnci
bağlayınız ve bu direnç üzerindeki akım ve gerilim değerlerini ölçünüz ve kaydediniz.
Deney Sonuç Soruları:
S.1. 5 ve 6’da ölçtüğünüz akım ve gerilim değerlerini karşılaştırınız ve sonucu yorumlayınız.
S.2. Elde edilen ölçümlere göre Şekil 5.3.’de verilen devrenin Thevenin ve Norton eşdeğer
devrelerini değerlerini belirterek çiziniz; 1’deki ön çalışmada elde ettiğiniz değerlerle
karşılaştırınız.
S.3. 2 ve 5’ de ölçtüğünüz vab gerilimlerini karşılaştırınız.
S.4. 2’de elde ettiğiniz değerleri kullanarak, vg’ye karşı vab grafiğini çiziniz ve doğrusallığını
yorumlayınız.
DENEY 6: İki Kapılı Devre Uygulamaları
Amaç: İki kapılı devrelerin parametrelerinin deneysel olarak elde edilmesi
Deneyde Kullanılacak Malzemeler:
1. DC Güç Kaynağı
2. Avometre
3. Çeşitli değerlerde dirençler (1 adet 330Ω, 5 adet 1KΩ) ve bağlantı kabloları
Teorik Bilgiler:
İki Kapılı Devre Parametrelerinin Elde Edilmesi
Şekil 6.1’de gösterilen iki kapılı doğrusal devreyi z, y ve h parametreleri ile tanımlayan
eşitlikler aşağıda verilmiştir.
a
Giriş uçları
(giriş kapısı)
c
Doğrusal
pasif
devre
+
b
- b
b
b
-
b
Şekil 6.1. İki kapılı devre
a) İki kapılı devrelerin z-parametreleri ile tanımlanması:
z-parametrelerinin elde edilmesi:
: Çıkış açık devre yapılır,
uygulanır,
ölçülür.
: Giriş açık devre yapılır,
uygulanır,
ölçülür.
: Çıkış açık devre yapılır,
uygulanır,
ölçülür.
: Giriş açık devre yapılır,
uygulanır,
ölçülür.
b) İki kapılı devrelerin y-parametreleri ile tanımlanması:
Çıkış uçları
(çıkış kapısı)
+
d
y-parametrelerinin elde edilmesi:
: Çıkış kısa devre yapılır,
uygulanır,
ölçülür.
: Giriş kısa devre yapılır,
uygulanır,
ölçülür.
: Çıkış kısa devre yapılır,
uygulanır,
: Giriş kısa devre yapılır,
uygulanır,
ölçülür.
ölçülür.
c) İki kapılı devrelerin h-parametreleri ile tanımlanması:
h-parametrelerinin elde edilmesi:
: Çıkış kısa devre yapılır,
uygulanır,
ölçülür.
: Giriş açık devre yapılır,
uygulanır,
ölçülür.
: Çıkış kısa devre yapılır,
uygulanır,
ölçülür.
: Giriş açık devre yapılır,
uygulanır,
ölçülür.
Sonlandırılmış İki Kapılı Devrelerin Çözümlenmesi
+
b
b
-
b
Doğrusal
pasif
devre
b
+
b
-
b
b
Şekil 6.2. Sonlandırılmış iki kapılı devre
Şekil 6.2’de gösterilen giriş ve çıkış kapıları sonlandırılmış iki kapılı devrelerin yparametreleri türünden giriş empedansı (Zi), gerilim kazancı (V2/Vg), akım kazancı (I2/I1) ile
çıkış kapısından görülen Thevenin eşdeğer geriliminin ve Thevenin eşdeğer empedansının iki
kapılı devre parametreleri devre elemanları türünden ifadeleri aşağıda verilmiştir:

Giriş empedansı:

Gerilim kazancı:

Akım kazancı:

Çıkış kapısından görülen Thevenin eşdeğer devresi:
;
1. Çıkış kapısından görülen Thevenin eşdeğer gerilimi (
değeri, çıkış uçları açık devre iken çıkıştan ölçülen
): Thevenin eşdeğer geriliminin
gerilimidir.
|
2. Çıkış kapısından görülen Thevenin eşdeğer direnci (
ölçmek için,
devreden çıkartılır,
uygulanır ve çıkış akımı
): Thevenin eşdeğer direncini
yapılır, çıkışa bir gerilim kaynağı (
ölçülür. Çıkıştan görülen eşdeğer direnç
)
aşağıdaki orandan
elde edilir.
|
Ön Hazırlık Soruları:
a
c
+
b
b
b
b
b
+
-
b
b
b
d
b
Şekil 6.3. Ön çalışma ve deneyde kullanılacak iki kapılı devre
S.1. Şekil 6.3’ deki devrenin y-parametrelerini hesaplayınız.
S.2. Şekil 6.3’ deki iki kapılı devreyi Şekil 6.2’de gösterildiği gibi sonlandırınız. Elde ettiğiniz
sonlandırılmış devrenin
a) Giriş empedansını ( ),
b) Gerilim kazancını ( ),
c) Akım kazancını ( ),
d) Çıkış kapısından görülen Thevenin eşdeğer devresini elde ediniz.
Deneyin yapılışı:
1. Şekil 6.3’de verilen devreyi deney tahtası üzerine kurunuz.
2. Devrenin çıkışını kısa devre yapınız.
=10V ’luk gerilim kaynağını uygulayarak,
akımının değerini ölçünüz ve kaydediniz. Elde ettiğiniz ölçümü kullanarak
parametresini
hesaplayınız ve kaydediniz.
3. Devrenin girişini kısa devre yapınız.
=10V ’luk gerilim kaynağını uygulayarak,
akımının değerini ölçünüz ve kaydediniz. Elde ettiğiniz ölçümü kullanarak
parametresini
hesaplayınız ve kaydediniz.
4. Devrenin çıkışını kısa devre yapınız.
=10V ’luk gerilim kaynağını uygulayarak,
akımının değerini ölçünüz ve kaydediniz. Elde ettiğiniz ölçümü kullanarak
parametresini
hesaplayınız ve kaydediniz.
5. Devrenin girişini kısa devre yapınız.
=10V ’luk gerilim kaynağını uygulayarak,
akımının değerini ölçünüz ve kaydediniz. Elde ettiğiniz ölçümü kullanarak
parametresini
hesaplayınız ve kaydediniz.
6.Çıkış açık devre iken, girişe
=10 V’luk gerilim uygulayıp, giriş akımı olan
giriş empedansını (
ve kaydediniz.
= / ) hesaplayınız ve kaydediniz.
7.Çıkış açık devre iken, ohm metre kullanarak
giriş direncini ölçünüz ve kaydediniz.
8. Şekil 6.2’de verilen devreyi deney tahtası üzerine kurunuz.
9. Devrenin
10. Devrenin
’i ölçünüz
=10V’a ayarlayınız.
gerilim kazancını ölçünüz ve kaydediniz.
/
/
akım kazancını ölçünüz ve kaydediniz.
11. Devrenin çıkış kapısından görülen Thevenin eşdeğer gerilimini bulmak için
yük
direncini devreden çıkartınız, c-d arasındaki açık devre gerilimini ölçünüz ve kaydediniz.
Thevenin eşdeğer direncini bulmak için,
devrede değilken ve
yerine kısa devre
bağlanmış iken, c-d arasındaki direnci ohmmetre ile ölçünüz ve kaydediniz.
Deney Sonuç Soruları:
S.1. Ön çalışmada bulduğunuz y-parametreleri ile deneyde bulduğunuz sonuçları
karşılaştırınız. Sonuçlar farklı ise nedenlerini açıklayınız.
S.2. Ön çalışmada hesapladığınız ve deneyde bulduğunuz giriş empedanslarını, gerilim
kazançlarını, akım kazançlarını ve Thevenin eşdeğer devrelerini karşılaştırınız.
DENEY 7: Maksimum Güç Transferi
Amaç: Maksimum güç transferi teoreminin geçerliliğinin deneysel olarak gözlemlenmesi
Deneyde Kullanılacak Malzemeler:
1. DC Güç Kaynağı
2. Avometre
3. Potansiyometre (10KΩ), çeşitli değerlerde dirençler ve bağlantı kabloları
Teorik Bilgiler:
İç dirence sahip herhangi bir kaynaktan bir yüke maksimum güç transferi
yapılabilmesi için yük empedansı, kaynak iç empedansının kompleks eşleniği olmalıdır. Buna
maksimum güç transferi teoremi denir.
Şekil 7.1.
Devre ara bağlaşımı yani devrede yer alan ara bağlantılar arasında sinyal gücünün istenilen
şekilde kontrol edilebilmesi elektronikte yer alan önemli hususlardan birisidir.
Şekil 7.1’deki devrede RL üzerindeki gerilim;
olarak elde edilir. Sabit bir kaynak ve değişken bir yük göz önüne alınırsa, yük direnci, R S
direncine göre ne kadar büyük olursa yük direnci üzerindeki gerilim o derece yüksek
olacaktır. İdealde yük direncinin sonsuz değerde olması yani bir açık devrenin yer alması
istenir. Bu durumda;
olacaktır.
Yük üzerinde oluşan akım ise;
şeklindedir. Yeniden sabit bir kaynak ve değişken bir yük direnci göz önüne alınırsa, yük
direnci RS direncine göre ne derece küçük değerlikli olursa burada akacak akım o derece
büyük olacaktır. Dolaysıyla maksimum akım akması için yükün bir kısa devre olması istenir.
Bu durumda;
olacaktır. Yük üzerinde oluşacak güç
olarak ifade edileceğinden elde edilecek güç;
şeklinde ifade edilebilir. Verilen kaynak için RS ve VS değerleri sabit olacağından elde
edilebilecek güç sadece yük direncinin değişimine bağlı olarak değişecektir. Gerek
maksimum gerilim (RL = ∞ olmalı) gerekse de maksimum akım (RL=0 olmalı) üretebilmesi
için gerekli şartlar altında edilebilecek güç sıfır olmaktadır. Dolaysıyla yük direncinin bu iki
değeri altında gücü maksimum değerine getirebileceği söylenebilir. Bu yük direnci değerinin
bulunabilmesi için gücün yük direncine göre türevi alınıp sıfıra eşitlenirse;
ifadesi elde edilir. Dolaysıyla bu eşitlikten de açıkça görüleceği üzere yük direnci, kaynağın
direnci Rs direncine eşit olduğunda türev ifadesi sıfır olmaktadır. Dolaysıyla maksimum güç
şartı altında gerçekleşmektedir.
Bu durumda maksimum güç;
olarak elde edilir.
Ön Hazırlık Soruları :
S.1. Şekil 7.1’deki devrede RL üzerindeki gerilimin maksimum olması için RL direncinin
değeri ne olmalıdır?
S.2. Şekil 7.1’deki devrede RL üzerindeki akımın maksimum olması için RL direncinin değeri
ne olmalıdır?
S.3. Şekil 7.1’deki devrede RL üzerindeki gücün maksimum olması için RL direncinin değeri
ne olmalıdır?
S.4. Deneyin bütün basamaklarını Pspice benzetim programı ile gerçekleştirip sonuçları tablo
7.1’e kaydediniz.
Deneyin Yapılışı:
1. Kaynak çıkışına iki değişik direnç bağlayıp bunların üzerinden akan akımları okuyarak
kaynak iç direncini belirleyin.
2. Şekil 7.1’deki devreyi kurunuz. ( VS =5 V )
3. RL direncini Tablo 7.1’deki değerlere ayarlayıp her bir RL değeri için okuyacağınız akım ve
gerilim değerlerini ölçüp Tablo 7.1’e kaydediniz.
4. Her bir RL değeri için bu dirençte harcanan gücü hesaplayarak, direnç değerine bağlı olarak
yüke aktarılan gücün değişimini gösteren grafiği çiziniz.
Tablo 7.1
Yük direnci
Yük akımı
Yük gerilimi
Güç
RL (ohm)
(mA)
(V)
(mW)
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
Deney Sonuç Soruları
S.1. Deney sırasında RL üzerinde en yüksek gücü hangi RL yük direnci üzerinde ölçtünüz?
S.2. RL üzerinde en yüksek gücü ölçtüğünüz RL direnç değerini, RS kaynak direnci ile
kıyaslayınız.
S.3. RL direnç değerine bağlı olarak yüke aktarılan gücün değişimini gösteren grafiği
yorumlayınız.
DENEY 8: RC Devresinin Geçici Cevabı
Amaç: Darbe dalga şeklini kullanarak zaman sabiti kavramını anlamak ve seri RC devresinin
geçici cevabını incelemek.
Deneyde Kullanılacak Malzemeler:
1. Sinyal Jeneratörü
2. Osiloskop
3. Çeşitli değerlerde dirençler (2 KΩ ve 100 KΩ) ve bağlantı kabloları
4. Çeşitli değerlerde kapasitörler (1 μF, 0.01 μF)
Teorik Bilgi:
Bu deneyde, RC devresinin darbe geçici cevabını analiz etmek için, devrenin girişine darbe
şeklinde bir sinyal uygulanarak, devrenin zaman sabitine ilişkin darbe genişliğinin RC
devrenin nasıl etkilediği belirlenir.
Zaman Sabiti (τ): RC ve RL devrelerinde, gerilimlerdeki ve akımlardaki belirli değişimler
için gereken zamanın bir ölçüsüdür. Genel olarak anahtarlama olduktan sonra geçen süre,
zaman sabitlerinin 5 katı (5τ) ise, akımlar ve gerilimler onların final değerlerine ulaşmıştır. Bu
duruma sürekli durum cevabı denir.
Bir RC devresinin zaman sabiti, eşdeğer kapasitörün uçlarından görülen Thévenin direncinin
ve eşdeğer kapasitansın çarpımıdır.
τ=RC
Bir darbe bir seviyeden diğerine değişen ve tekrar eden akım veya gerilimdir. Dalga şeklinin
yüksek zaman kısmı, düşük zaman kısmına eşitse kare dalga denir. Darbe treninin her bir
turunun (devrinin) uzunluğu (T) periyodu olarak isimlendirilir.
İdeal bir kare dalganın Darbe Genişliği (
) zaman periyodunun yarısına eşittir. Darbe
genişliği ve frekans arasındaki ilişki
R
+
+
-
-
+
C
-
Şekil 8.1. Seri RC devresi
Kirchoff’un kanunlarından, Şekil 8.1’deki kapasitör üzerindeki dolma gerilimi Vc(t) bağıntı
aşağıdaki denklem ile verilir:
⁄
(
)
Burada V gerilimi t≥0 için devreye uygulanan kaynak gerilimidir. RC = τ zaman sabitidir.
Cevap eğrisi artar ve Şekil 8.2’deki gibi gösterilir.
V
0.63 V
τ
2τ
3τ
4τ
t
Şekil 8.2. τ ile normalize edilmiş zaman ekseni üzerinde, birim basamak girişli
seri RC devresinde kapasitörün dolması.
Kapasitörün boşalma gerilimi Vc(t) aşağıdaki bağıntı ile verilir:
(
Burada
⁄
)
gerilimi t=0’da kapasitörde depolanan başlangıç gerilimidir. RC =
sabitidir. Cevap eğrisi Şekil 8.3’deki gibi üstel olarak azalır.
τ zaman
0.37
t
⁄
τ
0.17
2τ
0.14
3τ
0.05
4τ
0.02
5τ
0.01
0.14
0.05
τ
2τ
3τ
4τ 5τ
t
Şekil 8.3. Seri RC devresinde kapasitörün boşalma eğrisi.
Ön Hazırlık Soruları:
S.1. τ=RC bağıntısını kullanarak zaman sabitini hesaplayınız.
S.2. Deneyin tüm adımlarını Pspice programında simüle ediniz.
Deneyin Yapılışı:
1) Aşağıdaki elemanları kullanarak Şekil 8.1’de gösterilen devreyi kurunuz.
R = 2 KΩ
C = 1 μF
2) Sinyal jeneratöründen devreye giriş gerilimi olarak 4Vp-p kare dalga uygulayınız.
Genliğini sinyal jeneratöründen ayarlayınız.
3) Osiloskobun ayarlarını
Kanal 1: 1V/aralık
Kanal 2: 2V/aralık
Time base: 2ms/aralık
olarak ayarlayınız. 1.
kanalı kaynağa 2. kanalı kapasitör gerilimine bağlayınız.
Sinyal
jeneratöründeki herhangi bir değişiklik osiloskoba aynen yansır. Bunu gözlemleyeniz ve 5RC
anında kapasitenin gerilimdeki değişimi açıkça görebileceğiniz bir frekansı, belirleyerek
gözlemlediğiniz sinyalleri çiziniz.
4) Aşağıdaki üç durum için devrenin cevabını gözlemleyiniz ve sonuçları kaydediniz.
a.
>> 5τ : Kare dalganın her bir turu boyunca kapasitörün tam olarak dolabilmesi ve
boşalabilmesi için sinyal jeneratörünün çıkış frekansını ayarlayınız.
= 15τ alınız ve sinyal
jeneratörünün çıkış frekansını ayarlayınız. Sizin bulduğunuz değerin yaklaşık olarak 17 Hz
olması gerekir. Osiloskoptan gözlemlenen dalga şeklini çiziniz. Osiloskop üzerinden dalga
şeklinin zaman sabitini belirleyiniz.
Zaman sabitini kolaylıkla bulabiliyorsanız, olası
sebeplerini açıklayınız.
b.
= 5τ :
=5τ olacak şekilde sinyal jeneratörünün çıkışını ayarlayınız. Sizin bulduğunuz
değerin 50 Hz olması gerekir. Darbe genişliği tam olarak 5τ olduğu için, kapasitörün her bir
darbe turunda tam olarak dolabilmesi ve boşalabilmesi gerekir. Osiloskoptan gözlemlenen
dalga şeklini çiziniz. Osiloskop ekranından τ’yu belirleyiniz.
c.
<< 5τ : Bu durumda, kapasitör boşalmak için anahtarlanmadan önce, dolmak için
yeterince zaman sahip olamaz. Benzer şekilde boşalmak içinde yeterince zaman sahip olamaz.
Bu durumda
= 0.5τ alalım ve frekansı uygun bir şekilde ayarlayınız. Osiloskoptan
gözlemlenen dalga şeklini çiziniz.
5. R = 100 KΩ ve C = 0.01 μF kullanarak işlemleri tekrar ediniz ve ölçümleri kaydediniz.
Deney Sonuç Soruları:
S.1.
Ön hazırlık sorularında hesapladığınız zaman sabiti değerini deney adımı (4b)’den
ölçülen değer ile karşılaştırınız. R ve C değerlerinin diğer kümesi için bunu tekrar ediniz.
S.2. Değişen eleman değerlerinin etkisini tartışınız.
DENEY 9: Seri ve Paralel Rezonans Devreleri
Amaç: Frekans sentezleme ve işaret filtreleme gibi birçok alanda oldukça yaygın olarak
kullanılan seri ve paralel rezonans devrelerinin tanıtımı, çalışma mantıklarının açıklanması ve
rezonans devrelerinin pratik olarak gerçeklenmesi.
Deneyde Kullanılacak Malzemeler:
1. Sinyal jeneratörü
2. Osiloskop
3. Çeşitli değerlerde dirençler (1 KΩ pot, 330) ve bağlantı kabloları
4. Çeşitli değerlerde kapasitörler (2.2nF, 8nF, 22 nF, 220 nF)
5. Çeşitli değerlerde endüktanslar (4.7mH)
Teorik Bilgi:
Rezonans, bilim ve teknolojinin bütün dallarında karşımıza çıkan bir olaydır. Örneğin
mekaniksel bir sisteme uygun bir frekansta mekanik uyarımlar uygulandığında, mekaniksel
sistem üzerinde yüksek genlikli titreşimler üretilebilir. Sistemin bu davranışına rezonans
durumu denir. Sistemi rezonans durumuna sokan mekanik uyarımların frekansına da rezonans
frekansı (veya doğal frekans) denir. Rezonans olayına en önemli örnek olarak 1940 yılında
A.B.D’nin Washington eyaletinde inşa edilen Tacoma köprüsünde yaşan an olay verilebilir.
Tacoma köprüsü yerden 2800 feet yüksekliğe inşa edilmişti. Köprüye çarpan hava akımının
köprüde oluşturduğu düşük genlikli titreşimler, köprü üzerinde çok yüksek genlikli
titreşimlerin üretilmesine neden olmuş ve köprü yıkılmıştır. Rezonans durumu elektrik
devrelerinde de ortaya çıkan bir olaydır. Eğer R, L ve C elemanlarından oluşmuş bir elektrik
devresinin girişine uygun bir frekansta küçük genlikli bir işaret uygulandığında devre
üzerinde yüksek genlikli bir işaret oluşuyorsa devre rezonans durumuna girmiştir. Rezonans
durumu devrede sadece tek bir frekans için geçerlidir. Rezonans devreleri, idealde sadece L
ve C elemanlarından oluşmaktadır ve genel olarak seri ve paralel rezonans devreleri adı
altında iki ana gruba ayrılmaktadır.
Seri Rezonans Devresi:
R, L ve C elemanlarından oluşan bir seri rezonans devresi Şekil 9.1’de verilmiştir.
Şekil 9.1. Seri rezonans devresi
Şekil 9.1’deki devrede RT direnci devreye bağlanan kaynağın iç direncini, devredeki bobinin
iç direncini ve L ve C elemanının bulunduğu devrenin eşdeğer dirençlerinin toplamını ifade
etmektedir. Şekil 9.1’deki devrede rezonans durumda, L veya C elemanlarının üzerlerinde Vg
giriş işaretinden çok daha büyük genlikli işaretler oluşmaktadır.
Şekil 9.1’deki devrede XC üzerinde oluşan gerilim (VC),
Şekil 9.1’deki devrede kapasite (veya bobin) üzerinde oluşan gerilimin maksimum değerde
olması için devreden akan I akımının maksimum değerde olması gereklidir. Bu durum ancak
devrenin giriş empedansının (ZT) minumum olması ile sağlanır. Bundan dolayı seri rezonans
devreleri, rezonans durumunda minumum giriş empedansı gösterirler. (1)’deki ifadeden de
görüleceği üzere Şekil 9.1’deki devrenin giriş empedansının minumum olması için XL = XC
olmalıdır. Bu durumda Şekil 1’deki devrenin rezonans frekansı (fo),
Şekil 9.1’ deki devrede kapasite veya bobin üzerinde harcanan reaktif gücün, direnç üzerinde
harcanan aktif güce oranına kalite faktörü (Q) denilmektedir.
Şekil 9.1’deki seri rezonans devresinin giriş empedansının (ZT) ve devreden geçen I akımının
frekans ile değişimi incelendiğinde Şekil 9.2’deki grafikler elde edilmektedir.
Şekil 9.2. Seri Rezonans Devresinin Empedans ve Akım Karakteristiği
Şekil 9.1’deki devre rezonans anında XL = XC olduğundan minumum giriş empedansı
göstermektedir. Bundan dolayı fo frekansındaki giriş gerilimi (Vg) zayıflamaya uğramadan
RT direnci üzerinde görülecektir. Bu frekans dışındaki bütün frekanslardaki işaretler devrede
zayıflamaya uğrayacaklardır. Bu özelliklerinden dolayı rezonans devreleri (seri-paralel) seçici
(filtre) devreleri olarak da kullanılmaktadır. Rezonans devrelerinde kesim frekansı, devreden
geçen akımın rezonans anındaki maksimum değerinin 0.707 katına zayıfladığı (-3 dB) frekans
değeri olarak tanımlanmaktadır. İki kesim frekansı arasında kalan bölge, filtre devresinin
geçirdiği frekans bölgesi(band genişliği) olarak tanımlanır.
Paralel Rezonans Devresi:
R,L ve C elemanlarından oluşan bir paralel rezonans devresi Şekil 9.3’de verilmiştir.
Şekil 9.3. Paralel rezonans devresi
Şekil 9.3’deki devrede RT direnci devreye bağlanan kaynağın iç direncini ve L ve C
elemanlarının bulunduğu devrenin eşdeğer direncinin paralel eşdeğerini ifade etmektedir.
Eğer QL>= 10 olacak şekilde bir frekans aralığında çalışıldığında işlem kolaylığı için bobinin
iç direnci ihmal edilmektedir.
Şekil 9.3’deki devrede rezonans durumda, L veya C elemanlarının üzerlerinde büyük genlikli
işaretler oluşmaktadır. Bu devrede XC (veya XL) üzerinde oluşan gerilim,
Şekil 9.3’deki devrede kapasite (veya bobin) üzerinde oluşan gerilimin maksimum değerde
olması için kapasite üzerinden akan IXc akımının maksimum değerde olması veya ZT
empedansının maksimum değerde olması gereklidir. Bundan dolayı paralel rezonans
devreleri, rezonans durumunda maksimum giriş empedansı gösterirler. (5)’deki ifadeden de
görüleceği üzere Şekil 3’deki devrenin giriş empedansının maksimum olması için XL = XC
olmalıdır. Şekil 9.3’deki devrenin rezonans frekansı (fo) ve kalite faktörü (Q),
Şekil 9.3’deki paralel rezonans devresinin giriş empedansının (ZT) ve devreden geçen I
akımının frekans ile değişimi incelendiğinde Şekil 9.4’deki grafikler elde edilmektedir.
Şekil 9.4. Paralel Rezonans Devresinin Empedans ve Akım Karakteristiği
Ön Hazırlık Soruları:
Şekil 9.5.a
Şekil 9.5.b
S.1. Şekil 9.5.a ve 9.5.b’de verilen devrelerin rezonans frekanslarını hesaplayınız.
S.2. Şekil 9.5.a ve 9.5.b’deki devrelerin rezonans frekanslarında gösterdikleri empedansları
hesaplayınız.
S.3. Şekil 9.5.a ve 9.5.b’deki rezonans devrelerin kalite faktörlerini hesaplayınız.
S.4. Şekil 9.1’deki devrede L = 4.7 mH, R = 1 KΩ ve fo = 1 KHz değerleri için devrenin
rezonans durumuna girmesini sağlayan C değerini ve bu frekanstaki Q değerini hesaplayınız.
S.5. Seri ve paralel rezonans devrelerini Pspice benzetim programı ile gerçekleştiriniz.
Deneyin Yapılışı:
1. Verilen devre elemanları ile Şekil 9.5.a’daki devreyi kurunuz.
2.
İşaret kaynağının gerilimini 5V şeklinde ayarlayarak,
Tablo 9.1’de verilen frekans
değerleri için devreden geçen akımı (direnç üzerindeki gerilim) ve devreden geçen akım ile
devreye uygulanan giriş gerilimi arasındaki faz farkını ölçünüz. Ölçüm değerlerini Tablo
9.1’e kaydediniz.
3. Verilen devre elemanları ile Şekil 9.5.b’deki devreyi kurunuz.
4. 2. basamakta yapılan işlemleri tekrarlayınız, ölçümleri Tablo 9.2’ye kaydediniz.
5. Şekil 9.5.a’daki devreyi L=4.7 mH, C=220 nF ve R=1KΩ pot direnç ile tekrar kurunuz.
Giriş gerilimi olarak 10V ve 5 KHz frekansında bir kare dalga işareti kullanınız.
6. 1KΩ pot direnç üzerinde düzgün bir sinusoidal işaret gözlemleyene kadar pot direncini
ayarlayınız. Gözlemlenen işaretin genliğini ve frekansını ölçüp Tablo 9. 3’e kaydediniz.
7. Devrede C = 22 nF ve C = 8 nF için gözlemlenen işaretlerin genliklerini ve frekansları
Tablo 9.3’e kaydediniz.
Tablo 9.1.
Tablo 9.2.
Tablo 9.3.
Deney Sonuç Soruları:
S.1. 2. basamaktaki ölçüm değerlerini kullanarak I = f(f), Z = f(f) grafiklerini milimetrik
kâğıtta oluşturunuz.
S.2. Oluşturulan grafiği kullanarak devrenin bant genişliğini ve kalite faktörünü belirleyiniz.
Bu değerleri ayrıca hesap ile bularak sonuçları karşılaştırınız.
S.3. 6. basamakta gözlemlenen işaretin saflığı neden R direncinin değişimi ile
sağlanmaktadır? Kapasitelerin değişimi, gözlemlenen işaretler üzerinde ne tür değişikliklere
sebep olmaktadır. Bu değişikliklerin nedenlerini açıklayınız.
DENEY 10: Temel Opamp Uygulamaları
Amaç: Temel işlemsel yükselteç devrelerini tanıtmak
Deneyde Kullanılacak Malzemeler:
1.Sinyal Jeneratörü
2. Osiloskop
3. Opamp (LM741)
4. Avometre
5. Çeşitli değerlerde dirençler (1KΩ, 4 adet 10 KΩ) ve bağlantı kabloları
Teorik Bilgiler:
Temel opamp, iki girişli yüksek voltaj kazanç kuvvetlendiricisidir. Girişlerden biri
terslendirmeyen (noninverting) giriş olarak adlandırılır ve (+) işareti ile gösterilir. Diğer giriş
ise terslendiren (inverting) giriş olarak adlandırılır ve (-) işareti ile gösterilir. Opamp, iki giriş
arasında görülen her voltaj farkını kuvvetlendirir ve opampın açık çevrim kazancıyla
çarpılarak çıkışa aktarılır.
[
]
Burada,
: çıkış voltajı,
: opampın açık çevrim kazancı,
: terslendirmeyen girişteki voltaj,
: terslendiren girişteki voltaj
Eğer her iki giriş aynı potansiyele sahipse çıkış voltajı sıfırdır.
İdeal bir opamp aşağıdaki özelliklere sahiptir:
1.Sonsuz voltaj kazancı
terslendirmeyen ve terslendiren girişler arasındaki çok küçük
bir potansiyel farkı, maksimum çıkış voltajına sahip olur.
2.Giriş direnci sonsuzdur
.Girişler arasındaki potansiyel farkı, giriş terminallerinden
akım akmasına izin vermez.
3.Çıkış direnci sıfırdır
.
4.Sonsuz bant genişliği vardır (BG=∞).Opamp tüm frekansları eşit olarak kuvvetlendirir.
5.Sıfır ofset. Girişler arasındaki potansiyel farkı 0V olduğunda, çıkış 0V olur.
Bu beş ideal özellik hiçbir opampta bulunmaz. Birçok opamp ayrı bir güç kaynağına ihtiyaç
duyar. Bu güç kaynağının üç adet bağlantı ucu vardır. Biri +
, diğeri –
ve sonuncusu ise
toprağa bağlanan ortak uçtur (common). Çoğu modern opamp devreleri simetrik olmak
şartıyla 3V ile 15V arasında bir güç kaynağına ihtiyaç duyar. Bu deneylerde ise +12V ve 12V kullanılacaktır. Şekil 10.1 ve Şekil 10.2’ de temel opamp devresi ile güç kaynağı
bağlantıları görülmektedir.
+
-
Şekil 10.1. Opampın giriş, çıkış ve güç kaynağı bağlantıları
Şekil 10.2. Opampın basit eşdeğer devresi
Pratikte güç kaynağı uçları ile toprak arasında by-passkapasitörleri kullanmak mümkündür.
Genellikle, opamp ile güç kaynağı arasında oluşan gürültünün by-pass edilmesi için 0.01
μFile 0.1μF arasında seramik kapasitörler kullanılır.
Çıkış ofset voltajı: İdeal durumda, opampın girişine 0V uygulandığında çıkış 0V olmalıdır.
Fakat gerçekte, giriş 0V olsa bile çıkışta küçük bir DC seviye vardır. Bu istenmeyen çıkış
temelde iki sebebe dayanır:
1.Giriş kutuplanma akımı
2.Giriş ofset voltajı
Giriş kutuplanma akımı: Çıkış geriliminin 0V olması halinde her iki giriş terminalinden
akan akımın ortalamasıdır.
Giriş dengeleme (ofset) akımı: Çıkış geriliminin 0V olması halinde her iki giriş
terminalinden giren akımın farkıdır.
Giriş dengeleme (ofset) voltajı: Çıkış gerilimini 0V yapabilmek için giriş terminalleri
arasına uygulanması gereken DC gerilimdir.
Giriş empedansı: Giriş terminallerinden birinin topraklanması halinde giriş terminalleri
arasında görülen dirençtir.
Çıkış empedansı: Çıkış terminali ile toprak arasındaki dirençtir.
Kısa devre çıkış akımı: Çıkışın toprak veya besleme gerilimlerinden biriyle kısa devre
edilmesi halinde çıkıştan akan akımdır.
Terslendiren (Inverting) Kuvvetlendiriciler
Şekil 10.3’ te görülen terslendiren kuvvetlendirici devresi bir geri beslemeli devredir. Geri
besleme sadece
direnci ile yapılmıştır. Opamp girişleri arasındaki fark çok küçük olup, bir
işaret kaynağı için opampın (-) girişi 0V potansiyelinde görülür. Bu yüzden (-) giriş ucu
görünürde toprak (virtualground) olarak adlandırılır. Şekil 10.3’ teki
akımı toprağa
akıyormuş gibi görünür. Fakat toprağa doğrudan yol olmadığından ve opampın giriş direnci
çok yüksek olduğundan dolayı bu akım
üzerinden akacaktır. Bu devreye ait temel bağıntılar
aşağıda verilmiştir.
⁄
⁄
⁄
Bu ifadedeki (-) işareti giriş çıkış arasındaki 180° lik faz farkını ifade etmektedir. Bütün pratik
amaçlar için giriş empedansı yaklaşık
kabul edilir.
10kΩ
1kΩ
Şekil 10.3. Terslendiren kuvvetlendirici devresi
2.2. Terslendirmeyen (Noninverting) Kuvvetlendiriciler
Şekil 10.4’ de terslendirmeyen kuvvetlendirici devresi görülmektedir. Bu devreye ait
bağıntılar aşağıda verilmiştir.
Gerilim kazancı:
⁄
⁄
Terslendirmeyen kuvvetlendirici herhangi bir faz farkı olmadan kuvvetlendirme işlemi yapar
ve yüksek empedanslı bir kaynağı düşük empedanslı bir yükten izole etmek için mükemmel
bir tampon (buffer) görevi yapar.
10kΩ
1kΩ
Şekil 10.4. Terslendirmeyen kuvvetlendirici devresi
2.3. Gerilim İzleyici (VoltageFollower)
Şekil 10.5’ de devre bir gerilim izleyici olup bu devrede yapılan geri besleme oranı 1’ dir.
Dolayısıyla bu devrenin kazancı da 1 olup sistemin girişi ile çıkışı aynıdır. Bu devre çok
yüksek bir giriş ve çok düşük bir çıkış empedansına sahip olup genellikle yüksek empedanslı
işaret kaynaklarını düşük empedanslı yüklere uyarlamada kullanılır. Devrenin çıkış ifadesi
aşağıda verilmiştir.
1kΩ
Şekil 10.5. Gerilim izleyici
2.4. Toplayıcı Kuvvetlendiriciler
Şekil 10.3’ deki terslendiren kuvvetlendirici girişi şekil 10.6’ daki gibi iki veya daha fazla
çoklu giriş haline getirilirse sistem bu girişleri toplayan bir kuvvetlendirici olarak çalışır.
Buradaki her bir giriş çıkış işaretlerinin bir bileşeni oluşturacaktır. Şekil 10.6’ daki toplayıcı
devresine ait bağıntılar aşağıda verilmiştir.
[ ⁄
⁄
]
için,
Bu tip toplayıcı devreler iki veya daha fazla işaretin cebirsel toplamının elde edilmesi
veyaişaret kaynakları arasındaki izolasyonun iyi bir şekilde sağlandığı aynı anda iki veya daha
fazla ses işaretinin birlikte karıştırılması için kullanılır.
10kΩ
1kΩ
10kΩ
Şekil 10.6. Toplayıcı kuvvetlendirici devresi
2.5. Fark Kuvvetlendiricisi
Şekil 10.7’ de görülen fark kuvvetlendirici devresinin çıkışı aşağıda verilmiştir.
Eğer istenirse çıkış direnç oranlarının değiştirilmesi ile girişlerin farkı orantılanabilir. Bu
özellik bu devrenin enstrumantasyon ve işaret işleme uygulamalarında kullanılmasını sağlar.
10kΩ
10kΩ
10kΩ
10kΩ
Şekil 10.7. Fark kuvvetlendirici devresi
Ön Hazırlık Soruları:
S.1. Yukarıda verilmiş olan devrelerin teorik olarak analizini yapınız.
S.2. Pspice programı ile devreleri simüle ediniz.
S.3. LM741 entegresi ile ilgili olarak bilgi edininiz.
Deneyin Yapılışı:
2.1. Terslendiren Kuvvetlendirici Devresinin İncelenmesi
1. Şekil 10.3’ deki terslendirici kuvvetlendirici devresini kurunuz. Giriş işareti olarak Vpp=
1V/ 1Khz’ lik sinüzoidal işaret kullanınız.
2. Gerekli osiloskop ayarlarını yapınız.
3. Devredeki Vi ve Vo işaretlerini osiloskoptan okuyarak gerilim kazancını bulunuz.
2.2. Terslendirmeyen Kuvvetlendirici Devresinin İncelenmesi
1. Şekil 10.4’ deki devreyi kurunuz. Sistemdeki tüm toprak bağlantılarını bir yerde toplayınız.
2. Osiloskop ayarlarını AC kuplaj ve time/div’ i 0.5ms/div olarak ayarlayınız.
3. Devreye enerji vererek giriş ve çıkış işaretlerini osiloskoptan ölçüp kaydediniz. Gerilim
kazancını hesaplayınız. Bulduğunuz kazanç ile teorik olarak hesapladığınız kazanç değerlerini
karşılaştırın ve bu adımları R2 = 10K için tekrar ediniz.
2.3. Gerilim Takipçisi Devresinin İncelenmesi
1. Şekil 10.5’ deki devreyi kurunuz.
2.Osiloskop ayarlarını yapınız.
3. Devre giriş ve çıkış dalga formlarını ölçüp kaydediniz.
2.4. Toplayıcı Devresinin İncelenmesi
1. Şekil 10.6’ daki devreyi kurunuz. Bu toplayıcı deneyinde biri AC, diğeri DC iki işaret
toplanacaktır. AC işareti Vpp = 1V olan sinüzoidal işaret seçiniz. DC işaret olarak 5V’ luk
kaynak gerilimini kullanınız.
2.Osiloskop ayarlarını yapınız.
3. Çıkış işaretini osiloskoptan ölçünüz. İki işaretin toplamı olup olmadığını kontrol edip giriş
ve çıkış dalga formlarını ölçekli olarak çiziniz.
2.5. Fark Kuvvetlendirici Devresinin İncelenmesi
1. Şekil 10.7’ deki devreyi kurunuz. V2 gerilimini DC 5V’ luk kaynak geriliminden V1’ i ise
opamp beslemesinden gerilim bölücü dirençler vasıtasıyla 1-3V arasında değerlere
ayarlayınız.
2. Voltmetre kullanarak opamp girişleri arasındaki gerilim farkını ölçünüz. Opamp çıkışındaki
ölçeceğiniz değerle karşılaştırarak bu iki değerin aynı olup olmadığını karşılaştırın.
3. Teorik olarak hesapladığınız değerle ölçtüğünüz değerleri karşılaştırınız.
4. Bu aşamada V1 gerilimini 5V’ a ayarlayarak çıkış gerilimini tekrar ölçünüz.
Deney Sonuç Soruları:
1. Elde ettiğiniz tüm sonuçlar ile ön hazırlık sorularında elde edilen sonuçları karşılaştırınız.
Yorumlayınız.