Kopyası 10067022_MMG_Proje_i_2

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
MAKİNE FAKÜLTESİ
MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ DERSİ
Proje Adı : IŞIĞA DÖNEN KAFA PROJESİ
Proje No : 2
Proje Raporu
Adı: HALİL
Soyadı: EMUL
Öğrenci Numarası :10067022
16.01.2013
İstanbul
İÇİNDEKİLER
1. ÖZET ................................................................................................................................. 3
2. PROJENİN TANIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ ................................................. 3
3. SONUÇLAR ve DEĞERLENDİRME ........................................................................ 11
4. REFERANSLAR ............................................................................................................. 12
1. ÖZET
Işığa dönen kafa projesinde motor üstündeki LDR’lere karanlıkta ışık tutulması ve kafanın ışık kaynağına yönelmesi hedeflenmiştir.
Projede birtakım elektronik devre elemanları kullanılmıştır. LDR’lerin ışık kaynağına tutulması sonucu motorun kaynağa yöneldiği gözlenmiştir.
2. PROJENİN TANIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ
Proje, temel olarak ışığın şiddetine göre LDR ‘lerin değişen direnç değerlerinin devredeki kol akımlarının şiddetini değiştirmesi ve bununla birlikte doğrultucu diyotların motorun yönünün kontrolünde kullanılmasına dayanır.
LDR’lere gelen ışık bu devre elemanının direncini değiştirir bu da kollardaki akım miktarını değiştirir,
sonra doğrultucu diyotlar motorun belli bir yönde dönmesini sağlar. LDR lerden herhangi birine gelen
ışık şiddetinin diğerinden farklı olması farklı direnç değerlerine sahip olmalarını sağlar, bunun sonucu
olarak da motorun yönü değişir ve ışığa yönelir.
ÖRNEK DEVRE GÖRÜNTÜSÜ
DEVRE ŞEMASI
2.a DEVREDE KULLANILAN DEVRE ELEMANLARI VE GÖREVLERİ
DİRENÇLER
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. Dirençler sahip oldukları elektriksel büyüklüklerle anılırlar. 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.
TRİMPOTLAR
Devre direncinin bir veya birkaç defa ayarlandıktan sonra bu ayar değerinde sabit bırakıldığı yerlerde kullanılan dirençlerdir. İnce uçlu tornavida ile ayar yapılır. Düşük güce sahiptirler ve bu bakımdan
elektronik devrelerde sıklıkla kullanılır. Burada yalnızca iki bacağı kullanılarak ayarlı direnç haline
getirilmiştir. Bu ayarlı direncin amacı, LDR’ler karşısına konulan ışık kaynağını, kafanın istenilen doğrulukta takip edebilmelerini sağlamak içindir. LDR’lerin aynı ışık şiddetinde farklı değer üretebilmeleriyle
karşılaşıldığı için trimpot ile ince ayar yapılır.
IŞIK ETKİLİ DİRENÇLER (Fotodirenç)(LDR)
LDR (fotodirenç, light dependent resistance), aydınlıkta az direnç, karanlıkta yüksek
direnç gösteren devre elemanlarına denir (Resim 1.16-17). Başka bir deyişle LDR'nin üzerine düşen
ışık değerine göre gösterdiği direnç değişimi ters orantılıdır. LDR'ler, CdS (kadmiyum sülfür), CdSe
(kadmiyum selinür), selenyum, germanyum ve silisyum vb. gibi ışığa karşı çok duyarlı maddelerden
üretilmektedir. LDR yapımında kullanılan madde, algılayıcının hassasiyetini ve algılama süresini belirlemekte, oluşturulan tabakanın şekli de algılayıcının duyarlılığını etkilemektedir. LDR'ye gelen ışığın
odaklaşmasını sağlamak için üst kısım cam ya da şeffaf plastikle kaplanmaktadır. LDR'ler çeşitli boyutlarda üretilmekte olup gövde boyutları büyüdükçe güç değeri yükselmekte ve geçirebilecekleri akım
da artmaktadır.
KONDANSATÖRLER
Kondansatörler elektrik enerjisini depolamak amacıyla kullanılan devre elemanlarıdır. Karşılıklı duran
ve aralarında fiziksel bir temas olmayan iki ayrı plaka ve plakalara bağlı iki ayrı iletken telden oluşurlar. Devrelerde C harfiyle temsil edilirler. Her bir plakaya elektrot denir. Devrede paraziti
engellemekiçin konulmuştur.Şekil 2.1’de kondansatörün temel yapısını görebilirsiniz.
ELEKTROLİTİK KONDANSATÖRLER (Kutuplu kondansatörler)
Elektrolitik kondansatörlere kutuplu kondansatörler de denir. Pozitif ve negatif kutupları bulunan,
alüminyum levhalar arasında asit borik eriyiğinin di-elektrik madde olarak kullanıldığı kondansatörlerdir. Negatif uç kondansatörün dış yüzeyini oluşturan alüminyum plakaya bağlıdır (Resim 2.6)
KRİSTAL DİYOTLAR (Doğrultma Diyotları)
Kristal diyotlar genellikle doğrultmaç diyotları olarak anılır ve doğrultmaç devrelerinde kullanılır.
Piyasada en çok kullanılan diyotlardan biri doğrultmaç diyotlardır. Ebatları güçlerine göre değişir.
Büyük ebatta yapılanlar büyük güçlüdür. Çok yüksek güçte yapılanların dış muhafazası metal olup
soğutucu plakalara monte edilir. Sembolü Resim 4.12’de verilmiştir.
BJT TRANSİSTÖRLER
Transistör imalatında kullanılan yarı iletkenler, birbirlerine yüzey birleşimli olarak üretilmektedir. Bu
nedenle “bipolar jonksiyon transistör” olarak adlandırılır. Bipolar transistörler de PNP ve NPN olarak
iki tiptir. PNP tipinde base negatif emiter ve kollektör pozitif kristal yapısındadır. NPN tipinde ise base
pozitif, emiter ve kollektör negatif kristal yapısındadır. İletimde olması için base, emittere göre daha
pozitif olmalıdır. Buradaki gerilim farkı 0.7 (silisyum) - 0.3 (germanyum) volt veya daha fazla olmalıdır.
PNP ve NPN Tipi Transistörlerin Yapısı
Transistörün temel yapısı Resim 5.3’te gösterilmiştir. BJT transistörler katkılandırılmış P ve N tipi
malzeme kullanılarak üretilir. Transistörler NPN ve PNP olmak üzere iki temel yapıda üretilir. NPN
transistörde 2 adet N tipi yarı iletken madde arasına 1 adet P tipi yarı iletken madde konur. PNP tipi
transistor de ise 2 adet P tipi yarı iletken madde arasına 1 adet N tipi yarı iletken madde konur. Dolayısıyla transistör 3 adet katmana veya terminale sahiptir. Transistörün her bir terminaline işlevlerinden ötürü; emiter (emitter), beyz (base) ve kolektör (collector) adları verilir. Bu terminaller; genelde
E, B ve C harfleri ile sembolize edilir.
•
•
•
Emetör bölgesi (Yayıcı): Akım taşıyıcıların harekete başladığı bölge
Beyz bölgesi (Taban): Transistörün çalışmasını etkileyen bölge
Kollektör bölgesi (Toplayıcı): Akım taşıyıcıların toplandığı bölge
bu bölgelere irtibatlandırılan bağlantı iletkenleri de elektrot, ayak veya bağlantı ucu olarak
tanımlanır.
PNP ve NPN Tipi Transistörlerde Akım ve Gerilim Yönleri
PNP ve NPN transistörlerin akım ve gerilim yönleri Resim 5.5’te verilmiştir. IE akımı, IC+IB’ye eşittir.
Akım yönü artıdan eksiye doğrudur. Gerilim yönleri ise bir önceki bölümdeki öngerilimlendirmeye
göre yapılmalıdır.
Transistörün Anahtarlama Elemanı Olarak Çalıştırılması
Sayıcılar (counters), bilgisayarlar (computers), ateşleme devreleri (trigger circuit) gibi bir kısım devrenin çok hızlı çalışması (on) ve sukunete geçmesi (off) gerekebilir. Bu gibi hâllerde
çok hassas bir anahtarlama yapılması gerekir. Bu devrelerde, transistörden anahtar olarak yararlanılmaktadır. Transistör ile nano saniyelik yani 10-9 saniyelik (sn.) bir çalışma hızı sağlanmaktadır.Transistörün açık olduğu durum (Cutoff), kapalı olduğu durum (Doyum-Saturation)
olarak isimlendirilir. Transistörün doyum hâlinde çalışması, kısa bir an için taşıyabileceği maksimum akımda görev yapması demektir (Resim 5.8).
OP-AMP 'ın Yapısı ve Özellikleri
İşlemsel yükselteçler (Operational Amplifiers, kısaca OP-AMP) 196O 'lı yılların sonlarına doğru kullanılmaya başlanmıştır. 741 ve 747 gibi entegre şeklinde üretilirler. Bu entegrelere dışarıdan bağlanan
devre elemanları ile geri beslemesi ve dolayısıyla yükselteç devresinin gerilim kazancı kontrol edilebilir. Genel olarak OP-AMP, çok yüksek kazançlı bir DC yükselteçtir. OP-AMP ile hemen hemen yapılamayacak devre yok gibidir.
Şekil 2.18 'de temel OP-AMP sembolü gösterilmiştir. Bu sembolde gösterilmeyen bir
de besleme voltaj uçları bulunur. Genel olarak bir işlemsel yükseltecin iki giriş, bir çıkış, iki de besleme
kaynağı ucu bulunur. Sembolde, (-) işaretli giriş ucu tersleyen (eviren, inverting), (+) işaretli giriş ucu
terslemeyen (evirmeyen, noninverting) giriş ucudur. (-) işaretli giriş ucuna sinyal uygulandığında çıkıştan 180° faz farklı bir çıkış sinyali alınır. Giriş sinyali (+) işaretli giriş ucuna uygulandığı zaman da çıkıştan alınan sinyalle girişe uygulanan sinyal arasında faz farkı olmaz. Yani aynı fazda bir çıkış sinyali alınır.
OP-AMP, 5 önemli özelliğe sahiptir. Bunlar;
* Kazancı çok fazladır. (Örneğin, 200.000)
* Giriş empedansı çok yüksektir. (5 MΩ)
* Çıkış empedansı sıfıra yakındır.
* Band genişliği fazladır. (1MHz)
* Girişe 0 Volt uygulandığında, çıkıştan yaklaşık 0
Volt elde edilir.
Şekil 2.18 - Temel OP-AMP Sembolü
3.SONUÇLAR ve DEĞERLENDİRME
Projeye ilk olarak devrede kullanacağım malzemeleri almakla başladım. Devre şemasına ve fotoğrafa bakarak devre elemanlarını yerleştirdim.
İlk olarak trimpot ve dirençleri yerleştirdim , sonra da transistörleri, diyotları,LDR’leri ve OP-AMP’ı
yerleştirdim. Gerekli kablo bağlantılarını yaptım. Kondansatörleri ve motoru da yerleştirdikten sonra
hata olup olmadığını kontrol ettim. Devrenin doğru olduğundan emin olduktan sonra 5 tane 1.5 V’luk
pili seri bağlayıp devreye 7.5 V DC akım verdim. Motor dönmeye başladı ve LDR’lerin üzerine düşen
ışık şiddetine göre motorun yön değiştirdiğini tespit ettim. Ancak sonradan pil yerine , cep telefonu
şarj etmek için kullanılan adaptörü kullandım. Adaptörün output’u 5.7 V DC akım veriyordu. Bu da
motorun çalışması için yeterli oldu.
Proje, benim elektronik konusundaki bilgilerimi geliştirdi. Çok yararlı ve eğlenceli bir süreçti. Sadece
LDR’leri monte etme konusunda sıkıntı yaşadığım için LDR’leri breadboarda yerleştirdim.
Sonuç olarak proje değişen ışık şiddetine göre motorun yönünün değiştiğini gösterdi.
4.REFERANSLAR
http://megep.meb.gov.tr/mte_program_modul/modul_pdf/522EE0018.pdf
http://hbogm.meb.gov.tr/modulerprogramlar/kursprogramlari/elektrik/moduller/analogdevreelema
nlari.pdf
http://www.silisyum.net/htm/opamp/opamp.htm