dijital sayıcılar ve takometreler

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
DİJİTAL SAYICILAR VE TAKOMETRELER
Hazırlayan : Mustafa KARATAŞ
Sınıf / No: 3 / 2000010604032
Proje Sorumlusu:
2002/2003
1
İÇİNDEKİLER
DİJİTAL SAYICILAR VE TAKOMETRELER
1. GENEL TANIM
1.1. Dijital ve Analog Kavramı
1.2. Devre Elemanları
1.2.1. Pasif Devre Elemanları
1.2.2. Aktif Devre Elemanları
2. MANTIK DEVRELERİ
2.1. Ve Kapısı
2.2. Ve Değil Kapısı
2.3. Veya Kapısı
2.4. Veya Değil Kapısı
2.5. Özel Veya Kapısı
2.6. Özel Veya Değil Kapısı
2.7. Değil Kapısı
3. FLİP-FLOP’LAR
3.1. R-S (reset-set) tipi Flip-Flop
3.2. Tetiklemeli R-S Tipi Flip-Flop
3.3. D (data) tipi Flip – Flop
3.4. T (toggle) tipi Flip – Flop
3.5. J - K tipi Flip – Flop
3.6. Master - Slave tipi Flip – Flop
4. SAYICILAR
4.1. Asenkron Sayıcılar
4.2. Senkron Sayıcılar
5. TAKOMETRELER
5.1. Takometre Nedir ve Kullanım Alanları
5.2. Değişik Takometre Devreleri
6. YAPILAN PROJE
6.1. Amaç
6.2. Devre Şeması
6.3. Kullanılan Elemanlar
6.4. Devrenin Çalışması
2
KAYNAKÇA
1- GENEL TANIM
1-1- Dijital ve Analog Kavramı
Son 70 yıl içerisinde, analog (örneksel) ve dijital (sayısal) kavramları, elektronik ile
ilgili kaynaklarda yer almaktadır. 70 yılöncesi, ilk ticari hesap makinesinden söz
edilmeye başlanmıştı. Ancak hesap makinesi 20. yüzyılın buluşu değildir.
1671’de ünlü düşünür Leibnitz, ilk mekanik hesap makinesini tasarladı ve
uyguladı. Leibnitz günümüzde çok kullanılan ikili sayı sistemini o zamanlarda
bulmuş ve bununla hesaplama kurallarını açıklamıştı. İlk çalışır durumdaki dijital
elektro-mekanik hesaplayıcı, Alman bilgini K. Zuse tarafından 1930 yılında
gerçekleştirilmişti. İlk büyük elektronik hesap makinesi ise, 1946 yılında ABD’nin
Philedelpia eyaletindeki Pensilvanya üniversitesinden mühendis P. Eckert ve
mühendis W. Mauchly tarafından yapıldı.
Bu Makine iki tane 10 haneli sayının çarpılma süresi 1/350 saniye olacak kadar
yüksek çalışma hızına sahip ve 18000 elektron tüpünden oluşturulduğu için çok
yüksek yapım maliyeti nedeniyle büyük ilgi uyandırmıştı. Zamanla elektron
tüplerinin yerini sırasıyla transistörler ve tümleşik devreler aldı. Hesap makineleri
küçüldüler. Saat kadar küçük hesap makineleri yapıldı aynı sisteme dayalı olarak ,
bilgisayarla yapıldı. Bunlarda küçüldüler ve her iş yerine hatta her eve kadar
girdiler.
Dijital sözcüğü o kadar çok kullanılmaktadır ki, neredeyse bir dijital istilasından söz
edebiliriz. Bunu en iyi olarak, piyasadaki ölçü aletlerinde görmekteyiz. Gerilim,
direnç ve akım ölçme kademeleri olan dijital multimetre, çeşitli frekans kademeleri
olan dijital frekans metre gibi ölçü aletleri analog ölçü aletlerinin yerini almış
bulunuyor.
Dijital
Dijital sözcüğü Latince “digitus=parmak” sözcüğünden türetilmiştir ve “parmakla
sayılabilir” ya da kısaca “Sayısal” demektir. Dijital tekniğinde işaretler, sayılar ya
da sayı dizileriyle gösterilirler. Bu işaretler, elektriksel ya da manyetik konumlarda
“sıfır” ile “bir” işaret elemanını içeren ikili kodlamalarda darbe dizileriyle
gerçekleştirilirler. Tıpkı, mors kodlamasında, tüm harf ve sayıların “kısa” ve “uzun”
işaretlerle gösterilmesi gibidir.
Dijital tekniğinde, karakteristik bir özellik, işaret değişiminin sıçramalı bir şekilde
ara değerler olmaksızın, tam bir sayı adımı şeklinde olmasıdır:Aynen parmakla
3
sayı saymada, uzatılmış parmakların sayısını, örneğin ikiden üçe sıçramalı olarak
yükseltmeye benzemektedir.
Müzik aletlerinin içinden en çok kullanılan piyano bizim için çok iyi örnek olabilir.
Aralardaki siyah tuşları göz ardı edersek, piyano gerçek bir dijital alettir. Kademeli
olarak düzenlenmiş ses tonlarına aittir, ara tonlar yoktur.
Dijital düzenlemenin en büyük yararı, işaret iletimindeki parazit güvenliği, verilen
değerlerin hatasız okunur olması ve kullanılan elemanların (tümleşik devreler ve
transistörler) güç kayıplarının az olmasıdır.
Tümleşik devreler ve transistörler yalnızca anahtar olarak kullanılırlar. Ya tümüyle
iletimde ya da tümüyle kesimdedirler. İletimdeyken işaret “yüksek” kesimdeyken
ise “alçak” konumdadır. Bu tür bir çalışma, elemanların değerlerinin kolayca
seçilmesine ve toleranslarına da bir uyum getirmektedir.
Dijital tekniğinde “alçak” ve “yüksek” konumlar için “0” ve ”1” işaretleri kullanılır.
Bazı yabancı kaynaklarda 0 yerine L(low) ve 1 yerine H(high) harfleri de
kullanılmaktadır. “0” şaseye göre işaret yok anlamına gelmektedir. “1” şaseye göre
tam gerilim anlamına gelmektedir.
Analog
Analog sözcüğü yunancada benzer anlamına gelmektedir. Türkçe karşılığı ise
örneksel benzetimli anlamına gelmektedir. Bunu şöyle açıklarız suyun basıncı ve
debisi elektronikteki gerilim ve akıma analog (benzer)’dir.
Bir ölçü aletinin ibresi, uygulanan gerilime benzetimli (analog) olarak sapar.
Demek ki analog tekniği bir olayın yerine benzeri bir olay koymaktadır Analog
sistemlerde işaret süreklidir, ülçme doğruluğuna göre işaretin istenildiği kadar çok
ara değeri alınabilir ve aktif elemanlar(tümleşik devreler ve transistorler) özellikle
dorusal (lineer) öz-eğri bölgelerinde kuvvetlendirici olarak çalıştırılırlar. Bu nedenle
bu tür devrelere Lineer Devreler adı da verilmektedir.
1-2-
Devre Elmanları
1. Pasif Devre Elemanları
2. Aktif Devre Elemanları
Bunlarda kendi aralarında gruplara ayrılmaktadır..
1. Pasif Devre Elemanları:
•
•
•
Dirençler
Kondansatörler
Bobinler
2. Aktif Devre Elemanları:
•
Diyotlar
4
•
•
Transistörler
Entegre devreler
Pasif devre elemanları, genel amaçlı elemanlardır. Hemen hemen her elektronik
devrede bulunurlar. Bu nedenle, bu elemanların genel yönleriyle tanınmaları,
amaca uygun olarak kullanılmaları bakımından yeterlidir.
Aktif devre elemanları, ise özel amaçlı elemanlardır. Kullanılacak devrenin
özelliğine göre, aktif devre elemanlarının özellikleri ve türleri de değişmektedir.
1-2-1- Pasif Devre Elemanları
Dirençler
Direnç Nedir?
Direnç kelimesi, genel anlamda, "bir güce karşı olan direnme" olarak tanımlana
bilir. Elektrik ve elektronikte direnç, iki ucu arasına gerilim uygulanan bir maddenin
akıma karşı gösterdiği direnme özelliğidir. Kısaca; elektrik akımına gösterilen
zorluğa DİRENÇ denir. Direnç"R" veya "r" harfi ile gösterilir, birimi ohm ( ) dur.
Direnç Sembolleri:
Eski
Yeni
Sabit
Dirençler
Ayarlı
Dirençler
Direncin devredeki rolü:
Bir "E" gerilim kaynağına "R"
direncinden, Şekil 1.1'de gösterilmiş
olduğu gibi, bir " I " akımı akar.Bu üç
değer arasında Ohm kanununa göre
şu bağlantı vardır.E=I.RBirimleri:
E: Volt I: Amper R: Ohm ( )
Şekil 1.1 Dirençli bir devre
Direnç Türleri:
Dirençler iki gruba ayrılır:
1. Büyük güçlü dirençler
2. Küçük güçlü dirençler
5
•
Büyük Güçlü Dirençler;:
2W üzerindeki dirençler büyük güçlü direnç grubuna girer.
•
Küçük Güçlü Dirençler;
Küçük güçlü dirençlerin sınıflandırılması:
1.
2.
3.
4.
Sabit Dirençler
Ayarlı Dirençler
Termistör (Terminstans)
Foto Direnç (Fotorezistans)
Gerek büyük güçlü olsun, gerekse de küçük güçlü olsun, bütün dirençlerin belirli
bir dayanma gücü vardır.
Bir Direncin Harcadığı Güç:
1.
2.
3.
4.
U: Dirençteki gerilim düşümü (Volt)
R: Direncin değeri (Ohm)
I: Geçen akım (Amper)
P: Direncin gücü (Watt)
Direnç Üzerinde Harcanan Güç Üç Şekilde İfade Edilir:
1. Akım ve gerilim cinsinden: P=U.I 'dır
2. Akım ve dirençcinsinden; (ohm kanununa göre): U=I.R 'dir.
Bu "U" değeri P=U.I 'da yerine konulursa: P= I2R olur.
3. Gerilim ve dirençcinsinden; (ohm kanununa göre): I=U/R 'dir.
Bu "I" değeri, P=U.I 'da yerine konursa, P= U2/R olur.
Direnç Renk Kodları
Şekil 1.2 Metel film direnç renk halkaları
Şekil 1.3 Karbon direnç renk halkaları
6
Renk
Siyah
Kırmızı
Kahve
Truncu
Sarı
Yeşil
Mavi
Mor
Gri
Beyaz
Altın
Gümüş
A
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
B
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
C
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
D (çarpan) T (tolerans)
1
±%1
(F)
10
100
±%2
(G)
1k
10k
100k
±%0.5 (D)
1M
±%0.25 (C)
10M
±%0.10 (B)
±%0.05
0.1
±%5
(J)
0.01
±%10
(K)
Tablo 1.1 Direnç renk kodları
Direnç üzerindeki renkleri değerlendirirken A, B, C, D ve T sırasına göre gitmeye
dikkat etmek gerekmektedir. Bu sıralamaya göre yapılacak hesaplama sonucunda
elde edilen direnç değeri Ohm(Ω) olarak bulunacaktır.
Metal Film Dirençte:
Şekil 1.4 Metal film direnç renk kodları
7
Karbon Dirençte:
Şekil 1.5 Karbon direnç renk kodları
Değeri Üzerinde Yazılı Dirençler:
Bazı üreticiler renk kodu yerine direnç değerlerini yazmayı tercih etmektedirler.
Bunlardan bir kısmı doğrudan direnç değerini ve toleransını yazdığı gibi, bazıları
da harf kodu kullanmaktadır.
Direnci gösteren harfler: R=Ohm, K=KiloOhm, M=MegaOhm
Tolerans harfleri: F=±%1, G=±%2, J=±%5, K=±%10, M=±%20
Kodlama Üç Şekilde Olmaktadır;
1- 1000 Ohm 'a kadar olan dirençler için R harfi kullanılır.
Kodlama 3 adımda yapılır:
•
•
•
R 'den önce gelen sayı "Ohm" olarak direnci gösterir.
R 'den sonra gelen sayı direncin ondalık bölümünü gösterir.
En sondaki harf toleransı gösterir.
Örneğin:
6R8J = 6.8 ±%5 Ohm
R45G = 0.45±%2 Ohm
2- 1KOhm 'dan 1MOhm 'a kadar olan dirençler için "K" harfi kullanılır.
8
Örneğin:
3K0K = 3±%10 KOhm
2K7M = 2.7±%20 KOhm
3- 1MOhm 'dan yukarı dirençlerde de "M" harfi kullanılır.
Direnç Standartı:
Tablo 1.2 'te görüldüğü gibi, dirençler standart değerlerde üretilir.
Tolerans yüzdeleri, "E" seri numarasından anlaşılır.
E6 serisi
%20
E12 serisi
%10
1.0
1.0
1.5
1.2
1.0
1.1
1.2
100
102
105
1.5
1.3
1.5
107
110
1.6
1.8
2.0
2.2
113
115
118
120
2.4
2.7
3.0
3.3
123
125
128
130
3.6
3.9
4.3
4.7
5.1
5.6
133
135
138
140
143
145
6.8
6.2
6.8
7.5
148
150
155
8.2
8.2
160
1.8
2.2
2.2
2.7
3.3
3.3
3.9
4.7
4.7
5.6
6.8
E24 %5 E96 ±1-2
Tablo 1.2 Standart dirençler
9
Şekil 1.6 VDR
Şekil 1.7 NTC
Kondansatörler
Önbilgiler:
Kondansatör, DC akımı geçirmeyip, AC akımı geçiren devre elemanıdır.
Kondansatörün Yapısı:
10
Kondansatör şekil 1.8 'de görüldüğü
gibi, iki iletken plaka arasına yalıtkan
bir maddenin yerleştirilmesi veya hiç
bir yalıtkan kullanılmaksızın hava
aralığı bırakılması ile oluşturulur.
Kondansatörler yalıtkan maddenin
cinsine göre adlandırılır.
Kondansatörün sembolü:
Değişik yapılı kondansatörlere göre,
kondansatör sembollerinde bazı
küçük değişiklikler vardır.
Şekil 1.8 Kondansatör Yapısı
Harf Olarak
"C"
Şekil 1.9 Kondansatör Sembolleri
Kondansatörün Çalışma Prensibi:
Kondansatörün bir DC kaynağına bağlanması ve şarj edilmesi:
Şekil 1.10(a) 'da görüldüğü gibi kondansatör bir DC kaynağına bağlanırsa,
devreden Şekil 1.10(b) 'de görüldüğü gibi, geçici olarak ve gittikçe azalan IC gibi bir
akım akar. IC akımının değişimini gösteren eğriye kondansatör zaman diyagramı
denir.
Akımın kesilmesinden sonra kondansatörün plakaları arasında, kaynağın Vk
gerilimine eşit bir Vc gerilimi oluşur.
Bu olaya, kondansatörün şarj edilmesi, kondansatöre de şarjlı kondansatör denir.
"Şarj" kelimesinin Türkçe karşılığı "yükleme" yada "doldurma" dır.
11
Şekil 1.10 Kondansatörün DC kaynağına
bağlanması
a) Bağlantı devresi
b) Zaman diyagramı
c) Vc gerilim oluşumu
Kondansatör Devresinden Akım Nasıl Akmalıdır?
Şekil 1.10(a)'daki devrede, S anahtarı kapatıldığında aynı anda kondansatör
plakasındaki elektronlar, kaynağın pozitif kutbu tarafından çekilir, kaynağın negatif
kutbundan çıkan elektronlar, kondansatöre doğru akmaya başlar. Bu akma işlemi,
kondnsatörün plakası daha fazla elektron veremez hale gelinceye kadar devam
eder.
Bu elektron hareketinden dolayı devreden bir IC akımı geçer. IC akımının yönü
elektron hareketinin tersi yönündedir.
Devreden geçen IC akımı, bir DC ampermetresi ile gözlenebilir. S anahtarı
kapanınca ampermetre ibresi önce büyük bir sapma gösterir. Sonra da, ibre yavaş
yavaş sıfıra gelir. Bu durum devreden herhangi bir akım geçmediğini gösterir. IC
akımına şarj akımı denir.
Devre akımının kesilmesinden sonra yukarıda da belirtildiği gibi kondansatör
plakaları arasında Vc=Vk oluşur.
VC gerilimine şarj gerilimi denir.
VC geriliminin kontrolü bir DC voltmetre ile de yapılabilir. Voltmetrenin "+" ucu,
kondansatörün, kaynağın pozitif kutbuna bağlı olan plakasına, "-" ucu da diğer
plakaya dokundurulursa VC değerinin kaç volt olduğu okunabilir. Eğer voltmetrenin
uçları yukarıda anlatılanın tersi yönde bağlanırsa voltmetrenin ibresi ters yönde
sapar.
12
Kondansatörde Yük, Enerji ve Kapasite;
Şarj işlemi sonunda kondansatör, Q elektrik yüküyle yüklenmiş olur ve bir EC
enerjisi kazanır.
Kondansatörün yüklenebilme özelliğine kapasite (sığa) denir. C ile gösterilir.
Q, Ec, C ve uygulanan V gerilimi arsında şu bağlantı vardır.
Q=C×V
EC=CV2/2
Bu eşitlikte, Q: Coulomb (kulomb), V: Volt, C: Farad (F), Ec: Joule (Jul)
Yukarıdaki bağlantıdan da anlaşıldığı gibi, C kapasitesi ve uygulanan V gerilimi ne
kadar büyük ise Q elektrik yükü ve buna bağlı olarak devreden akan Ic akımı da o
kadar büyük olur.
Kondansatörün kapasite formülü:
C = ε0×εr×(A/d)
ε0: Boşluğun dielektrik katsayısı ( 0=8.854.10-12)
εr: Plakalar arsında kullanılan yalıtkan maddenin izafi dielektrik (yalıtkanlık)
sabiti (Tablo 1.6).
1. A: Plaka alanı
2. d: Plakalar arası uzaklık
A ve d değerleri metrik sistemde (MKS) ifade edilirse, yani, "A" alanı (m) ve "d"
uzaklığı, metre (m2) cinsinden yazılırsa, C' nin değeri farad olarak çıkar.
Örneğin:
Kare şeklindeki plakasının her bir kenarı 3 cm ve plakalar arası 2 mm olan, hava
aralıklı kondansatörün kapasitesini hesaplayalım.
A ve d değerleri MKS' de şöyle yazılacaktır:
A=0,03*0,03=0,0009m2 = 9×10-4 m2
d=2mm=2×10-3m
0 = 8,854×10-12
Hava için r=1 olup, değerler yerlerine konulursa:
C=8,854×10-12×4,5×10-1=39,843×10-13
F=3,9 pF olur.
13
CİNSİ
İzafi Yalıtkanlık
Katsayısı (r)
Hava
1
Lastik
CİNSİ
İzafi Yalıtkanlık
Katsayısı (r)
Mika
5-7
2-3
Porselen
6-7
Kağıt
2-3
Bakalit
4-6
Seramik
3-7
Cam
4-7
Tablo 1.3 Bazı yalıtkan maddelerin r sabitleri
AC Devrede Kondansatör:
Yukarıda DC devrede açıklanan akım olayı, AC devrede iki yönlü olarak
tekrarlanır. Dolayısıyla da, AC devredeki kondansatör, akım akışına karşı bir engel
teşkil etmemektedir. Ancak bir direnç gösterir.
Kondansatörün gösterdiği dirence kapasitif reaktans denir.
Kapasitif reaktans, XC ile gösterilir. Birimi Ohm(Ω) dur.
XC = (1/ωC) = (1/2πfC) Ohm olarak hesaplanır.
1.
2.
3.
4.
XC = Kapasitif reaktans ( )
ω= Açısal hız (Omega)
f = Frekans (Hz)
C = Kapasite (Farad)
Yukarıdaki bağlantıdan da anlaşıldığı gibi, kondansatörün Xc kapasitif reaktansı; C
kapasitesi ve f frekansı ile ters orantılıdır. Yani kondansatörün kapasitesi ve
çalışma frekansı arttıkça kapasitif reaktansı, diğer bir deyimle direnci azalır.
14
Şekil 1.11 Kondansatör renk kodları
Bobinler
Elektronik devrelerde çok kullanılan elemanlardan biri de bobinlerdir. Bobinler
alternatif akımın bulunduğu yerlerde kullanılırlar çünkü; alternatif akımla bobinler
arasında özel bir durum mevcuttur. Bobin, kondansatör ve A.C. üç silahşörler
gibidir.
Bobinler bir 'mandren', 'makara', 'karkas' üzerine sarılırlar, hepsi de aynı anlama
gelen bu terimler, bobinin sarıldığı; plastik, seramik, sert kağıt gibi maddelerden
yapılmış bobine destek olan bir malzemeye verilen isimdir. Tellerin hiç
hareket etmemesi istenen yüksek frekanslarda bobin makaralarında çentikler
mevcuttur.Kimi bobinlerin içinde bir çekirdek vardır, çekirdek çeşitli maddelerden
yapılabilir, demir veya demir tozu olan ferit çekirdek olarak kullanılabilir.
Bir Bobinin değeri Henry ile ölçülür. Joseph Henry 1797-1878 yılında yaşamış olan
Amerikalı bir fizikçidir.
Bir bobinin değeri; kullanılan tel kalınlığına, tur sayısına, sargı boyuna, mandren
çapına bağlıdır.
Sarım sayısı N , Makara çapı D cm , bobinin sargısının boyu S cm kadar olan
bir bobinde, bobinin değeri, mikrohenry olarak;
15
L =K x N x N x D x 10- 3
dir.
Burada K bir katsayıdır ve D / S oranına karşılık gelir. Bobinlerin pratik olarak
yapımında, bu değeri bulmak için bir abak kullanılır. Yaklaşık bir değer olarak
K = 100 D / 4 D + 11S olarak bulunabilir. Burada D ve S değerleri cm'dir.
Örnek: S sargı uzunluğu 3 cm, D çapı 1 cm olan, 30 turluk bir bobinin değeri
nedir?
L = 2.7 x 30 x 30 x1 / 1000
L = 2.43 mikro Henry.
Yaklaşık değer 2.5 mikroH olarak kabul edilebilir. Bu bir mandren üzerine bitişik
sarılan nüvesiz bir bobindir. Eğer bobin yukarıdaki gibi havada sarılı bir bobin olsa
bobinin indüktansını şu formülle hasaplardık.
L = 0.079 D x D x N x N/3D+9S+10C
L mikrohenry olarak bobinin değeri, D cm olarak bobin çapı, N sarım sayısı, S
sarımın cm olarak uzunluğu, C merkezden çevreye doğru sarımın derinliğidir ve
tek katlı bobinlerde ihmal edilebilir.
Önceki örnekteki bobini 5 cm boyunda havada sararsak değeri ne olur ?
L= 0.079 x 900 / 3 + 45 = 1.5 Mikro henry yaklaşık değerdir.
Bobinler çeşitli şekilde sarılabilirler, spiral, düz, petek sargı bunlardan bazılarıdır.
Bir çeşit bobin de toroid lerdir. Toroidlerin veya harhangi ferro (demir tozu)
malzemeden yapılmış çekirdekli bobinlerin indüktansında rol oynayan
bir parametre de bu malzemenin geçirgenliği denilen bir değerdir.
Muhtelif bobinler
Bobinler bakır veya gümüş tel veya litz teli denilen ipekle yalıtılmış telden sarılırlar.
Bobinlerin seri ve paralel bağlanmalarında, eğer bobinler birbirlerinin endüktif
alanları içinde değilse dirençlerde olduğu gibi aynı formüller
kullanılır, aksi halde, yani birbirlerini etkiledikleri durumda bu formüller kullanılmaz.
Bobinler değerleri sıcaklıkla değişen elemanlardır, bu nedenle çok kararlı
devrelerde kullanılmazlar.
Endüktif Reaktans" adı verilir. {Endüktif Reaktans } X L = wL
16
1-2-2- Aktif Devre Elemanları
Diyotlar
Diyot Çeşitleri
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Kristal Diyot
Zener Diyot
Tünel Diyot
Işık Yayan Diyot (Led)
Foto Diyot
Ayarlanabilir Kapasiteli Diyot (Varaktör - Varikap)
Diğer Diyotlar
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Mikrodalga Diyotları
Gunn Diyotları
Impatt (Avalanş) Diyot
Baritt (Schottky) Diyot
Ani Toparlanmalı Diyot
Pin Diyot
Büyük Güçlü Diyotlar
Diyodun Temel Yapısı
Diyot Nedir?
Diyotlar, yalnızca bir yönde akım geçiren devre elemanıdır.
Diğer bir deyimle, bir yöndeki dirençleri ihmal edilebilecek kadar küçük, öbür
yöndeki dirençleri ise çok büyük olan elemanlardır.
Direncin küçük olduğu yöne "doğru yön" ,büyük olduğu yöne "ters yön" denir.
Diyot sembolü, aşağıda görüldüğü gibi, akım geçiş yönünü gösteren bir ok
şeklindedir.
Diyot Sembolü:
Şekil 1.12 Diyot
Ayrıca, diyodun uçları pozitif (+) ve negatif (-) işaretleri ile de belirlenir.
"+" ucu anot, "-" uca katot denir.
Diyodun anaduna, gerilim kaynağının pozitif (+) kutbu, katoduna kaynağın negatif
(-) kutbu gelecek şekilde gerilim uygulandığında diyot iletime geçer.
17
Diyodun kullanım alanları:
Diyotlardan, elektrik alanında redresör (doğrultucu), elektronikte ise;
doğrultucu,detektör, modülatör, limitör, anahtar olarak çeşitli amaçlar için
yararlanılmaktadır.
Diyotların Gruplandırılması:
Diyotlar başlıca üç ana gruba ayrılır:
1. Lamba diyotlar
2. Metal diyotlar
3. Yarı iletken diyotlar
Transistörler
Transistör nedir?
Eklem Transistör yarı iletken malzemeden yapılmış elektronik devre elemanıdır.
Her nekadar diyodun yapısına benzesede çalışması ve fonksiyonları diyottan çok
farklıdır.
Transistör iki eklemli üç bölgeli bir devre elemanı olup iki ana çeşittir.
•
•
NPN
PNP
Şekil 1.13 NPN ve PNP tipi transistör
Transistör aşağıda belirtildiği gibi değişik şekillerde tanımlanır:
1. Transistörün kolay anlaşılması bakımından tanımı; Transistörün bir
sandöviçe benzetilmesidir, yarı iletken sandöviçi.
2. İkinci bir tanımıda şöyle yapılmaktadır; Transistör, iki elektrodu arasındaki
direnci, üçüncü elektroda uygulanan gerilim ile değişen bir devre
elemanıdır.
3. Transistörün en çok kullanılan tanımı ise şöyledir; Transistör yan yana
birleştirilmiş iki PN diyodundan oluşan bir devre elemanıdır. Birleşme
sırasına göre NPN veya PNP tipi transistör oluşur.
18
Transistörün başlıca çeşitleri şunlardır:
•
•
•
•
•
•
•
Yüzey birleşmeli (Jonksiyon) transistör
Nokta temaslı transistör
Unijonksiyon transistör
Alan etkili transistör
Foto transistör
Tetrot (dört uçlu) transistör
Koaksiyal transistör
Transistörün kullanım alanları:
Transistör yapısal bakımdan, yükselteç olarak çalışma özelliğine sahip bir devre
elemanıdır. Elektroniğin her alanında kullanılmaktadır.
Şekil 1.14 Değişik transistör gösterim şekilleri
Entegreler
Direnç, küçük değerli kondansatör, bobin, diod, transistör gibi elemanlar biraraya
getirilip bir yapı içerisinde devreler oluşturulmuştur.
İşte bu komplike devrelere Entegre adı verilir.Entegreler kullanım yerine göre
19
değişik isimler alırlar.
Örneğin: Operasyönel entegreler, dijital entegreler,..vs.
OPERASYONEL ENTEGRELER:
Ses frekans ve sanayi tekniğinde çeşitli amaçlarla kullanılırlar.
DİJİTAL ENTEGRELER:
Dijital entegreler yapılarında kullanılan elemanlara göre değişik isimler alınır.
RTL (Direnç Transistör Lojik ) dijital entegreler.
DTL (Diod Transistör Lojik ) dijital entegreler.
TTL (Transistör Transistör Lojik ) dijital entegreler.
MOS (Metal Oksit Semiconductor ) dijital entegreler.
CMOS (Complementery Metal Oksit Semiconductor ) dijital entegreler.
Dijital entegrelerde "kapı devreleri" adını verdiğimiz devreler geniş olarak
kullanılmaktadır. Kapı devreleri ile mantık ilkelerinin elektrik devrelerine uygulanışı
mümkün olmuştur.
Dijital elektronikte "0-1" tekniği kullanılır.
0: Gerilim yok (Bu durum L- Low- harfi ile de gösterilir )
1: Gerilim var (Bu durum H- High -harfi ilede gösterilir )
2- MANTIK DEVRELERİ
Lojik Kapılar :
Dijital elektroniğin temelide lojik kapılardır. Tüm dijital devrelerde
kullanılırlar. Lojik kapılar 1 ve 0 dan oluşan binary bilgileri
işlemede kullanılır. Örneğin istenen binary kodunun alınıp
istenmeyenlerin de alınmamasında veya frekans üretiminde veya
da gelen binary bilgiye göre işlem yapmada kullanılırlar.
Aşağıdaki tablolarda A ve B girişleri Q ise çıkışı temsil etmektedir.
Girişine uyulanan kodlara göre çıkıştaki kodlar, tabloda
görülmektedir. Şimdide bu kapı çeşitlerini inceleyelim.
2-1- Ve (And) Kapısı :
Ve kapısı iki ve ya daha fazla giriş ve bir adette çıkış ucuna A B Q
sahiptir. Bu giriş uclarına uygulanan 1 ve ya 0 kodlarına
göre çıkışta değişiklikler görülür. Ve kapısının tüm girişleri 0 0 0
1 olduğunda çıkış 1, herhangi bir ucu 0 olduğunda ise çıkış
0 1 0
0'dır. Kapı hesaplarındaki formülü Q (Çıkış (C)) = A . B dir.
Yanda Ve kapısının sembolü ve iç ayısı görülmektedir.
1 0 0
1 1 1
20
2-2- Ve Değil (NAND) Kapısı :
Değil mantığı tüm kapılarda vardır. Bu kapılar normal
kapıların çıkış uclarına değil kapısı eklenerek elde edilirler. A B Q
Yani Ve kapısının çıkış ucu 1 olduğu durumlarda Ve Değil 0 0 1
kapısının çıkışı 0, 0 olduğu durumlarda ise 1'dir. Kapı
hesaplarındaki formülü Q (Çıkış (C)) = (A . B)'dir. Üst tırnak 0 1 1
işareti, değili (tersi) manasına gelmektedir. formülün
1 0 1
sonucu 1 ise 0, 0 ise de 1 'dir. Yanda Ve Değil kapısının
sembolü ve iç ayısı görülmektedir.
1 1 0
2-3- Veya (Or) Kapısı :
Veya kapısı da iki ve ya daha fazla giriş, bir adette çıkış A B Q
ucuna sahiptir. Giriş uclarından herhangi birisinin 1 olması
durumunda çıkış 1, diğer durumlarda da çıkış 0'dır. Yani 0 0 0
Ve kapısının tersi mantığında çalışır. Kapı hesaplarındaki
formülü Q (Çıkış (C)) = A + B dir. Yanda Veya kapısının 0 1 1
sembolü ve iç ayısı görülmektedir.
1 0 1
1 1 1
2-4- Veya Değil (NOR) Kapısı :
A B Q
Veya Değil kapısıda yine Veya kapısının çıkış ucuna Değil
eklener elde edilmiştir. Veya Değil kapısının çıkış durumları
Veya kapısının çıkış durumlarının tam tersidir.Kapı
hesaplarındaki formülü Q (Çıkış (C)) = (A + B)' dir. Yanda
Veya Değil kapısının sembolü ve iç ayısı görülmektedir.
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
2-5- Özel Veya Kapısı :
İsminin Özel Veya kapısı olmasına rağmen Veya kapısı ile A
hiç bir alakası yoktur. Özel Veya kapısının girişleri aynı 0
olduğunda çıkış 1, girişleri farklı olduğunda ise çıkış 0 'dır. 0
1
Yani girişler 1 0 yada 0 1 iken çıkış 1, girişler 0 0 yada 1 1 1
iken de çıkış 0 'dır. Hesaplardaki formülü ise Q = A  B dir.
Yanda Özel Veya kapısının sembolü ve iç yapısı yeralmaktadır.
21
B
Q
0
0
1
1
0
1
1
0
2-6- Özel Veya Değil Kapısı :
Özel Veya Değil kapısıda Özel Veya Kapısının Çıkışına
Değil eklenmiş halidir. Giriş ucları aynı iken çıkış 1, giriş
ucları farklı iken de çıkış 0 'dır. Hesaplamalardaki formülü
Q = (A ⊕ B)'dir. Yanda Özel Veya Değil kapısının sembolü
ve iç yapısı görülmektedir.
A
B
Q
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
1
2-7- Değil Kapısı :
Değil Kapısı bir giriş ve birde çıkış ucuna sahiptir. Girişine
gelen binary kodu tersleyerek çıkışına iletir. Yani giriş 1
iken çıkış 0, giriş 0 iken çıkış 1'dir. Hesaplamalardaki
formülü Q = A'şeklindedir. Yan tarafta Değil kapısının
sembolü ve iç yapısı görülmektedir.
A
Q
0
1
1
0
3- FLİP - FLOP 'LAR
Flip- Flop Tipleri
Flip-flop'lar iki çıkışa sahiptirler. Bunlar Q ve Q' dir. Q ve Q' birbirlerinin tersidir.
Yani Q = 1 ise Q' = 0, Q = 0 isede Q' = 1 olur. Yalnız aşağıdaki doğruluk
tablolarında görüleceği gibi Q ve Q' in aynı olduğu durumlar görülmektedir. Bu
durumlar istenmez. Bu nedenlede bu çıkışı veren girişler kullanılmaz. Flip - Flop
'lar clock (saat) palsi ile çalışırlar. Bu palsler sayesinde girişlere göre çıkışlarda
değişimler Flip - Flop 'lar lojik kapılardan oluşurlar. Ayrıca Flip - Flop 'lar görülür.
Sayıcıların ve Kaydedicilerin temelini oluştururlar.
3-1- R-S (reset-set) tipi Flip-Flop :
Sembolü
İç Yapısı
Doğruluk Tablosu
S' R' Q Q'
0 0 1 1
0 1 1 0
1 0 0 1
1 1 Değişmez
Şekil 3.1 RS tipi flip flop sembolü, iç yapısı, doğruluk tablosu
Yukarıda R-S tipi flip-flop'un Ve Değil kapıları ile çizilmiş iç yapısı ve doğruluk
tablosu görülmektedir. Tablodaki S' ve R' 'nün 1 olduğu durumda Q ve Q' 'in
22
değişmediği görülür. Bu, çıkışların bundan önceki konumunu sakladığını belirtir. S'
ve R' 'in 0 olduğu durumda ise Çıkışların eşit olduğu görülür. Bu durumda flipfloplarda istenmeyen bir durumdur. Bu durumu sağlayan girişler değerleri
kullanılmamalıdır.
3-2- Tetiklemeli R-S (reset-set) tipi Flip - Flop :
Sembolü İç Yapısı
Uyarım Tablosu
Qn
Qn
S R
+1
0 0 0 X
0 1 1 0
1 0 0 1
1 1 X 0
Şekil 3.2 Tetiklemeli RS tipi flip flop sembolü, iç yapısı, doğruluk tablosu
Tetiklemeli R-S tipi flip-flop R-S tipi flip-flop'un önüne iki adet Ve Değil kapısı
eklenerek elde edilmiştir. Flip-flop'a clock palsi gelmediği sürece çıkışlar değişmez.
Yukarıdaki tabloda tetiklemeli R-S flip-flopun iç yapısı ve uyarım tablosu
görülmektedir. Uyarım tablosu flip-floplarla devre tasarımında kullanılır. Tablodaki
X 'ler ise etkisiz elemanlardır. Yani 1 veya 0 olması durumda çıkışlar değişmez.
Bazı kaynaklarda (X) yerine (d) 'de yazılmaktadır. Bu işaretin yerine 0 veya1
koyulabilir. Ayrıca tablodaki Qn clock palsinden önceki durumu, Qn+1 ise clock
palsinden sonraki durumu temsil etmektedir. Tablo FF 'un çıkışının Qn'den Qn+1'e
geçmesi için S ve R girişlerinin ne olması gerekir
3-3- D (data) tipi Flip - Flop :
Sembolü
İç Yapısı
Doğruluk
Tablosu
D
Qn
0
0
0
1
1
0
1
1
Uyarım Tablosu
Qn+1 Qn
0
0
0
0
1
1
1
1
Qn+1 D
0
0
1
1
0
0
1
1
Şekil 3.3 D tipi flip flop sembolü, iç yapısı, doğruluk tablosu
Yukarıdaki D FF 'un iç yapısında da görüldüğü gibi Tetiklemeli R-S FF 'un iki ucu
arasına değil kapısı eklenerek D FF elde edilmiştir. Doğruluk tablosunda
görüldüğü gibi D FF clock palsi uygulandığında girişindeki bilgiyi aynen çıkışa iletir.
D FF besleme olduğu sürece bilgi saklayabilir. clock palsi uygulanmadığı sürece
FF 'un girişleri ne olursa olsun çıkış sabittir. Böylece bilgiyi saklamış olur.
23
3-4- T (toggle) tipi Flip - Flop :
Sembolü
İç Yapısı
Doğruluk
Tablosu
T
Qn Qn+1
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
Uyarım Tablosu
Qn
0
0
1
1
Qn+1 T
0
0
1
1
0
1
1
0
Şekil 3.4 T tipi flip flop sembolü, iç yapısı, doğruluk tablosu
T tipi FF'de J-K tipi FF'un giriş ucalarının birleşiminden meydana gelmiştir. T FF'a
clock palsi uygulandığında girişindeki bilginin değilini çıkışa verir. Yukarıda T tipi
FF 'un iç yapısı doğruluk tablosu ve uyarım tablosu görülmektedir.
3-5- J - K tipi Flip - Flop :
Sembolü
İç Yapısı
Uyarım Tablosu
Qn
0
0
1
1
Qn+1
0
1
0
1
J
0
1
X
X
K
X
X
1
0
Şekil 3.5 JK tipi flip flop sembolü, iç yapısı, doğruluk tablosu
3-6- Master - Slave tipi Flip - Flop :
Sembolü
İç Yapısı
Şekil 3.6 MS tipi flip flop sembolü, iç yapısı
24
4- SAYICILAR
Sayıcılar flip-flop'lardan oluşmaktadırlar. İki gruba ayrılırlar, bunlar Senkron ve
Asenkron sayıcılardır. Asenkron sayıcılar Senkron sayıcılara nazarn daha yavaş
çalışırlar. Bunun sebebi ise flip flop 'ların birbirlerini tetiklemesidir. Bu da zaman
kaybına yol açar. Senkron sayıcılarda ise tüm flip flop 'lar aynı anda tetiklenirler.
Bu yüzden Senkron sayıcılar Asenkron sayıcılara göre daha fazla tercih edilirler.
Sayıcılar birde yukarı ve aşağı sayıcılar diye ikiye ayrılırlar. Her clock palsinde
çıkıştaki binary sayı artan sayıcılara yukarı sayıcı, azalan sayıcılara da aşağı
sayıcı. denir.
4-1- Asenkron Sayıcılar :
Şimdi 4 bit (4 çıkışlı) asenkron sayıcıyı ele alalım. 4 bit sayıcı için dört adet flip flop
kullanacağız. Aşağıda 4 bit asenkron sayıcının çizimi ve çıkış tablosu
görülmektedir.
Şekil 4.1 Asenkron yukarı sayıcı devre şeması ve lojik analiz tablosu
Yukarıda da görüldüğü gibi asenkron sayıcılarda flip flop'lar ard arda yani seri
bağlanmıştır. Flip flop 'ların Q çıkışları kendinden sonra gelen flip flop'un clock
ucuna bağlanmıştır. Bu durum sayıcıda yavaşlamaya sebep olur. Devrenin altında
görülen grafik ise flip flop'ların çıkış grafiğidir. Grafikteki yükselmeler çıkışın 1
olduğunu düşmeler ise çıkışın 0 olduğunu temsil eder. Grafikten de anlaşılacağı
gibi A çıkışı clock palsinin, B çıkışı A çıkışının, C çıkışı B çıkışının ve C çıkışı da D
çıkışının yarı frekansı kadardır. Aşağı sayıcı yapılmak istenirse devre çizimindeki
flip flop'ların Q çıkışından clock uclarına yapılan bağlantılar Q' 'den alınmalıdır.
Çıkış tablosuda yandaki tablonun aşağıdan yukarı doğru okunan halidir.
25
4-2- Senkron Sayıcılar :
Şimdi 4 bit (4 çıkışlı) senkron sayıcıyı ele alalım. 4 bit sayıcı için dört adet flip flop
kullanacağız. Aşağıda 4 bit senkron sayıcının çizimi ve çıkış tablosu
görülmektedir.
Şekil 4.2 Asenkron yukarı sayıcı devre şeması ve lojik analiz tablosu
Yukarıdaki devre çizimine bakıldığında senkron sayıcının asenkron sayıcıya göre
biraz daha karışık olduğu anlaşılabilir. Yine yukarıda görüldüğü gibi tüm flip
flop'ların clock ucları bir birlerine bağlıdır. Yani hepsi aynı anda clock palsi alırlar
.Bu da devrenin çalışmasına hız kazandırır. Devrenin altında görülen grafik ise flip
flop'ların çıkış grafiğidir. Grafikteki yükselmeler çıkışın 1 olduğunu düşmeler ise
çıkışın 0 olduğunu temsil eder. Grafikten de anlaşılacağı gibi A çıkışı clock
palsinin, B çıkışı A çıkışının, C çıkışı B çıkışının ve C çıkışı da D çıkışının yarı
frekansı kadardır. Eğer aşağı sayıcı yapılmak istenirse devredeki Ve kapısının
giriş ucları flip flop'ların Q uclarından değilde Q' uclarından alınmalıdır. Tablosu ise
yukarıdaki tablonun aşağıdan yukarı doğru okunuşudur.
26
5- TAKOMETRELER
5-1- Takometre Nedir ve Kullanım Alanları
Dönen bir cismin devir sayısını bir hız birimi cinsinden (dev/dak, rpm, m/s, km/h)
veren cihazlara takometre denir.
Encoder
AnalogDijital
Çevirici
(ADC)
Mikroişlemci
Display
Şekil 5.1 Takometrenin blok şeması
Yukarıdaki şekil temel takometre devresinin akış diyagramıdır. Dönen mil ya da
tekerlekten alınan bilgi “Encoder” ‘da analog bilgiye çevrilir, “ADC” ‘de analog bilgi
dijitale çevrilir. “Mikroişlemci” ‘de birim çevirmeleri ve hesaplamalar yapılarak dijital
bilgi ikilikten onluk sayı sistemine çevrilir ve display vasıtasıyla sonucu sayısal
olarak görebiliriz. Bu tür yakometreler bizlere dijital sonuç verdiği için bunlara
“Dijital takometre” diyoruz.
Takometreler sanayideki farklı alanlarda farklı amaçlarda kullanım olanağına
sahiptirler. Örneğin Kumaş sarma makinalarında kumaşın sarıldığı lüvert isimli dev
makaranın dönüş sayısından yola çıkarak, mikro işlemciler sayesinde kumaşın kaç
metre olduğunu bize takometreye benzer bir sistem verir. Yine tekstil sektöründe
dokunacak kumaşın ipliğinin boyu yine aynı yöntemle ölçülür.
Plastik enjeksiyon makinalarında kalıp boşluğuna doldurulacak hammaddenin
eritilip aynı zamanda ilerletildiği “vida” kısmının dönüş sayısı yine bu yöntemle
kontrol edilir.
Günümüzde kullanılan takım tezgahlarının bir çoğu nümerik kontrollü olup bulara
kısaca CNC denir. Bu makinalarının kendi bilgisayarlarına yüklenen proglamlar
dahilinde kesme, delme, diş açma gibi birçok işlemi yapabiliriz. Program temel
programlama mantığıyla aynı olup önce kullanılacak takım tanıtılıp sonra
yapılacak işleve göre koordinatlar bilgisayara girilir. Verilen bu koordinatlara
gitmesinde yine buna benzer bir mantık kullanılır.
Sanayide bazı üretim hatlarında iş süresinin kısalması, iş kalitesinin artması ve işçi
sağlığı gibi sebeplerden ötürü 3 ilerleme ve 3 dönme olmak üzere kullanılan
robotların istenen koordinatlarda istenen pozisyona geçmesi yine bu sisteme
benzer şekilde yapılır.
27
5-2- Değişik Takometre Devreleri
Bu devrede motorun dönme değerine karşın çekmiş olduğu akımdan faydalınarak
bir analog takometre yapılmiştır. Burada ölçülen her akım değerine karşılık
motorunun dönme sayısı hesaplanır. Önce devir sayısı bilinen bir motorla akım
değeri ölçülerek P1 potansiyometresi vasıtasıyla kalibrasyon yapılır bundan sonra
okunan sonuçlar bu değerle kıyaslanır.
Şekil 5.2 Analog takometre devresi
Bu devre 4 silindirli motorlar için tasarlanmış olup yine dönme değeri
ampermetrede ölçülen akım değeri cinsinden karşılaştırmalı olarak bulunur
28
Şekil 5.3 Analog takometre devresi
Bu devrede motorun her devirinde iletime geçen röle işlemciye bir sinyal gönderir
bilgisayarda programlanmış olan bu işlem içerinde çevirme ve aritmetik işlemlerini
yaptıktan sonra sonucu LCD’ya onluk sayı sistemine çevrilmiş olarak gönderir.
Şekil 5.3 PIC ile yapılan dijital takometre uygulaması
29
Bu devrede motordan manyetik sensörle alınan bilgi bu küçük işlemciye yollanır ve
yine akım cinsinden devir sayısı karşılaştırmalı olarak kullanılır.
Şekil 5.4 Analog takometre devresi
6- YAPILAN PROJE
6-1- Amaç
Dönen bir cismin devir sayısını saydırarak dijital sonoç almak.
6-2- Devrenin Bağlantı Şeması
6-3- Kullanılan Elemanlar
6-4- Devrenin Çalışması:
Devre iki kattan oluşur biri sayıcı diğeri sayıcı için gerekli palsin alındığı darbe
kısmıdır.
Darbe kısmındaki milin etrafında bulunan yaprak şeklindeki parçanın üstündeki
mıknatıs bu yaprakla beraber hareketlidir. Tam bu yaprağın altında buluna
parçanın üzerindeki bulunan hareketsiz dil kontak röle, milin her dönüşünde
mıknatısın yarattığı manyetik alandan dolayı yapraklarını kapar. Bu rölenin bir ucu
+5V yani dijital bire bağlıdır. Diğer ucu sayıcı devrenin “clock” girişine bağlıdır.
Kontakların açık olduğu durumda “clock” girişine 0 gelen sayıcı durgundur. Milin
bir tur atıp kontakların kapanmasına sebep olduğu zamanda clk ‘ya 1 bilgisi gider
30
ama yine bir değişiklik olmaz çünkü sayıcı entegresi negatif kenar tetiklemelidir
ancak kontaklar kapalı durumdan açık duruma geçtiğinde işte o zaman sayıcı
entegresi 7490 clk darbesini alarak 000 dan sonucu 001’e çıkarır bu her turda bu
şekilde devam ederek milin kaçtor attığı tespit edilmiş olur.
KAYNAKÇA
1.
31
32