Bölüm 3: Zaman geciktirme devreleri A. Transistörler Üç yarı iletkenin birleşiminden oluşmuş devre elemanına transistör denir. Bu elemanın, Beyz (B), emiter (E) ve kolektör (C) olmak üzere üç ayağı vardır. NPN ve PNP olmak üzere iki tipte yapılan transistörler, küçük değerli beyz akımına bağlı olarak C-E arasından büyük akım geçişine izin verirler. Transistör kelimesi, transfer (aktarma) ve resistor (direnç) sözcüklerinin kısaltılmasıyla ortaya çıkmıştır. Transistörlerin ayak adlarının anlamları: Emiter (emitter): Yayıcı, Kolektör (collector): Toplayıcı, Beyz (base): Taban, giriş, kontroldür. B C E NPN Şekil 3.1: Yüzey temaslı transistörlerin yap ısının basit olarak gösterilmesi PNP Şekil 3.3: Çeşitli transistörler Şekil 3.2: NPN ve PNP transistör sembolleri P beyz (B) PNP tipi transistörlerin yapısı Şekil 3.5'te görüldüğü gibi PNP transistör yapılırken iki adet P tipi özelliğe sahip yarı iletken malzemenin arasına ince bir katman hâlinde N tipi malzemeden beyz tabakası yerleştirilmiştir. Araya yerleştirilen beyz tabakası iki büyük tabaka arasındaki elektron-oyuk geçişini kontrol etme bakımından görev yapmaktadır. beyz (B) NPN tipi transistörlerin yapısı Şekil 3.4'te görüldüğü gibi NPN transistör yapılırken iki adet N tipi özelliğe sahip yarı iletken malzemenin arasına ince bir katman hâlinde P tipi malzemeden beyz tabakası yerleştirilmiştir. Araya yerleştirilen beyz tabakası iki büyük tabaka arasındaki elektron-oyuk geçişini kontrol etme bakımından görev yapmaktadır. Transistörleri musluğa (vana) benzetmek mümkündür. Musluk, akan sıvıyı denetler (ayarlar). Transistör ise geçen akımı denetler. Bu kolektör (C) kolektör (C) özelliği sayesinde küçük akımlar aynı biçimde olmak kaydıyla büyütülebileceği gibi, küçük bir akım ile büyük bir alıcının N çalışması da sağlanabilir. N N emiter (E) Şekil 3.4: NPN transistörün yarı iletken yapısı P P emiter (E) Şekil 3.5: PNP transistörün yarı iletken yapısı 33 PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com Transistörlerin anahtarlama (on-off) elemanı olarak kullanılması Transistörün kesim (yalıtım) ve doyum (tam iletim) durumunda olması, elemanın anahtarlama yapıcı olarak çalıştırılmasıdır. Aktif bölgede çalışma ise yükselteç devrelerinde geçerlidir. Anahtarlama elemanı olarak kullanılacak transistörün açma + kapama (on-off) zamanlarının çok kısa olması gerekir. Özellikle 9-12 V S yüksek frekanslı devrelerde, zaman rölelerinde, periyodik çalışan 330 W sistemlerde, dijital düzeneklerde açma-kapama sürelerinin kısa 10 olması çok önemlidir. kW L Alıcıları mekanik anahtarlarla ve şalterlerle çalıştırıp durdururuz. Yük (Ry) büyüdükçe yüksek akımlı anahtar (şalter) NPN BC547 kullanmak gerekir. Bu ise devrede hem çok yer kaplar hem de 10 maliyeti arttırır. İşte bu nedenle uygulamada, transistör, tristör, kW triyak vb. gibi elemanlar kullanılarak küçük bir anahtarla büyük alıcılara kumanda edilebilmektedir. Şekil 3.6: Transistörün anahtar olarak çalıştırılması Büyük akımın geçtiği şalterlerin olumsuz yönleri: I. Şalter açılıp kapatılırken büyük fiziksel kuvvet gerekir. II. Açılıp kapanma esnasında gürültü, kıvılcım, ark olur. III. Kontaklar ark nedeniyle belli bir süre sonra geçirgenliğini kaybeder (bozulur). Şekil 3.6'da verilen devrede S mini anahtar ıyla L alıcısı (led, lâmba, ısıtıcı, motor vb.) çalıştırılabilir. Şöyle ki; S kapatılınca transistörün beyzine küçük bir akım gider. Bu akım transistörün C-E uçları arasından yüksek değerli bir akım geçmesine neden olur. Bu sayede L alıcısı çalışmaya başlar. Aslında anahtarlama işlemi sadece alıcı çalıştırmayla sınırlı değildir. Şöyle ki; bazı devrelerde osilasyonlu (salınımlı) sinyaller elde edebilmek için transistörlü açkapa (on-off) yapıcı devreler kullanılır. Yani transistör, C-E arasından geçen akımı sürekli verirkeser. Bu işleme de anahtarlama denir. Transistörlerin yükselteç olarak kullanılması Transistörler kullanılarak teyplerin okuyucu kafası, mikrofon vb. gibi düzeneklerin ürettiği zayıf elektrik 10 kW 9-12 V röle + - NPN BC547 Şekil 3.7: Transistörle rölenin çalıştırılması L R1 3.3 kW + - 9-12 V 9-12 V Transistörlerin ayarlı direnç (reosta) olarak kullanılması Büyük güçlü alıcıların akım ayarı, yüksek akımlı ve büyük gövdeli reostalarla yapılabilir. Fakat reostalar hem çok yer kaplar, hem de ek bir enerji tüketirler. Ancak, pot ve transistör temeli üzerine kurulu devrelerle daha iyi akım kontrolü yapılabilir. Şekil 3.8'de verilen devrede P’nin değeri değiştirildikçe beyze giden tetikleme akımı değişir ve buna bağlı olarak C’den E’ye geçen akım ayarlanarak L’nin gücü kontrol edilmiş olur. S 9-12 V Transistörlerle röle ve kontaktörlerin kumandası Transistörlerle yalnızca DC ile çalışan alıcıları besleyebiliriz. Yani, AC ile çalışan bir motoru transistöre bağlamak mümkün değildir. Ancak, araya şekil 3.7'de görüldüğü gibi bir röle bağlanırsa, transistör ile her türlü alıcıya kumanda edilebilir. P 10-50 kW T BC547 R2 1 kW Şekil 3.8: Transistörün ayarlı direnç olarak kullanılması 34 PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com B. Transistörlü zamanlayıcı devresi çeşitleri Endüstriyel sistemlerde bazı işlemlerin belli bir zaman gecikmesiyle yapılması istenir. İşte bu durumlarda zaman rölesi devreleri kullanılır. Cgiriş RB DC polarma direnci T NPN TR Yükseltilecek sinyal buradan uygulanır. Cçıkış yük direnci sinyalleri güçlendirilebilir. Örneğin mikrofon, ses dalgalarını, içindeki mini bobin sayesinde elektrik sinyallerine çeviririr. Bu sinyaller çok küçük değerli olduğundan hoparlörü besleyemez (süremez). İşte bu nedenle araya transistörlü (ya da entegreli) yükselteç devresi konulur. Vçıkış VCC Yükseltilmiş sinyal buradan alınır. Vgiriş Şekil 3.9: Transistörün yükselteç olarak kullanılışının basitçe gösterilmesi Şekil 3.10: Uygulamada kullanılan çeşitli zamanlayıcılar Uygulamada kullanılan zamanlayıcı çeşitleri a. Belli bir süre çalışıp duran zaman rölesi devreleri (turn-off zamanlayıcılar), b. Belli bir süre sonra çalışmaya başlayan zaman rölesi devreleri (turn-on tipi zamanlayıcılar), c. Periyodik (aralıklı) olarak çalışan zaman rölesi devreleri En basit zaman gecikmesi, bir kondansatörün direnç üzerinden şarj olması ilkesine dayanmaktadır. Ayrıca, bir bobinin üzerinden geçen akımın yükseliş ve düşüş anında yaratmış olduğu geçici rejim de (durum) bir zaman gecikmesi olayıdır. Zaman rölelerinin devre yapısı bakımından sınıflandırılması Gelişmiş ve uzun süre geciktirmeli devreler üç kısımda incelenmektedir. a. Analog esaslı (transistör, tristör, triyaklı vb.) zamanlayıcılar, 5,6-47 kW b. Entegreli (555, 741 vb.) zamanlayıcılar, c. Dijital esaslı (lojik kapı entegreli) zamanlayıcılar 50-500 kW Zamanlayıcı devrelerine ilişkin örnekler a. Tek transistörlü, alıcıyı gecikmeli olarak çalıştıran (turn-on tipi) zamanlayıcı devresi Şekil 3.11’de verilen şemada besleme gerilimi devreye uygulandığında R ve P üzerinden geçen akım C'yi doldurmaya başlar. C'nin gerilimi belli bir seviyeye (0,6-0,7 V) geldiğinde transistör iletime geçerek, rölenin L AC ya da DC BC547 10-1000 mF/16 V - Şekil 3.11: Tek transistörlü turn-on tipi zaman rölesi 35 PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com bobinin mıknatıslanmasına yol açar. Röle bobinin mıknatıslanmasıyla palet çekilir ve kontaklar konum değiştirerek lâmbayı çalıştırır. B'ye basıldığında C boşalacağından lâmba söner. Devrenin besleme gerilimi devam edecek olursa B'den elimizi çektikten bir süre sonra lâmba tekrar yanar. Şekil 3.11’deki devredeki elemanların görevleri R direnci: Potun değeri sıfır yapıldığında transistörün beyzini aşırı akıma karşı korur. Pot (P): Devrede kondansatörün dolma zamanını ayarlar. Yani gecikme süresini belirlememizi sağlar. Kondansatör (C): Devrenin gecikmeli olarak çalışmaya başlamasını sağlar. Transistör: Beyz ucuna gelen küçük değerli akımı ile kolektör-emiter uçları arasından daha yüksek bir akım geçirerek röleyi çalıştırır. Röle: Bobini enerjilendiğinde kontakları konum değiştirir ve yüksek akımlı bir alıcının kumanda edilmesini sağlar. Diyot: Rölenin bobinin oluşturduğu yüksek değerli indüksiyon gerilimlerinin transistörü bozmasını engeller. Yani, yüksek değerli gerilimlerin rölenin kendi bobini üzerinden dolaşmasını sağlar. Not: Şekil 3.11'de görülen devrede röle yerine led ya da 12 voltluk flâmanlı lâmba da bağlanabilir. Şayet alıcı olarak led kullanılacaksa, lede seri olarak 470 W-1 kW‘luk seri direnç bağlanmalıdır. 1N4001 +12 V B L 5,6-47kW 50-500 kW AC ya da DC R BC547 10-1000 mF/16 V - 50-500 kW 10 kW +12 V R2 1 kW B R4 BC237 T1 T2 R1 10-22 kW Devredeki elemanların görevleri: R direnci: Butona basıldığı anda transistörün beyzine yüksek akım gitmesini engeller. Yani, beyz ucunu yüksek akıma karşı korur. Pot (P): Kondansatörün boşalma zamanını ayarlar. Yani alıcının çalışma süresini belirlememizi sağlar. Kondansatör (C): Devrenin bir süre çalışmasını sağlar. 10-22 kW Şekil 3.12: Tek transistörlü turn-off tipi zaman rölesi 10-1000 mF/16 V b. Tek transistörlü, alıcıyı bir süre çalıştırıp durduran (turn-off tipi) zamanlayıcı devresi Şekil 3.12'de verilen devrede B'ye basılınca C dolar. Butondan elimizi çektiğimizde C'nin üzerinde biriken elektrik yükünün akımı R direncinden geçerek transistörü tetikler. İletime geçen transistör röleyi çalıştırır. Bir süre sonra kondansatör plakalarındaki elektrik yükü biteceğinden transistör kesime gider, röle ilk konumuna döner ve lâmba söner. BC237 R3 - Şekil 3.13: İki transistörlü kaskad bağlantılı turn-off tipi zaman rölesi c. İki transistörlü kaskad bağlantılı turn-off tipi zaman rölesi Şekil 3.13'te verilen devrede B'ye basılınca C dolar ve T1'i tetikler. T1'in iletime geçmesiyle R3 direnci üzerinde bir gerilim oluşur. R3'te oluşan gerilim T2 transistörünü sürerek ledi çalıştırır. C boşalınca T1 ve T2 kesime gider, led söner. 36 PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com 100k-500 k 1 k-10 k L T1 47 k-500 k BC547 T2 BC547 10-1000 mF Şekil 3.14: Transistörlerin darlington bağlanması Şekil 3.15: Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli turn-on tipi zaman rölesi devresi 1N4001 50-500 kW 10-1000 mF/16 V ç. Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli turn-on tipi zaman rölesi devresi Şekil 3.14'te görüldüğü gibi transistörlerin ard arda bağlanmasıyla daha güçlü, hassas ve yüksek kazançlı transistörler yapılabilir. Şekil 3.15'te verilen turn-on tipi zaman rölesi devresinde S anahtarı kapatıldığında R 1 ve P üzerinden +12 V geçen akım C'yi doldurmaya başlar. C'nin gerilimi belli bir seviyeye B geldiğinde T 1 transistörü iletime L geçer. T 1 iletime geçince T 2 de T1 iletime geçer ve röle çalışır. P B'ye basılırsa C boşalacağından R2 1 MW devre başa döner. (Yani alıcı bir süre BC237 çalışmaz. Belli bir zaman geçtikten T2 BC237 sonra tekrar çalışmaya başlar.) R1 d. Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli turn-off tipi zaman rölesi devresi-I Şekil 3.16'da verilen devrede B'ye basıldığında kondansatör (C) boşalır ve yeniden dolmaya başlar. Bu sırada P ve R 1 üzerinde oluşan polarma gerilimi T1 transistörünü sürer. İletime geçen T1 ise T2'yi sürer ve röle çalışır. Kondansatör tam olarak dolunca akım çekmez. Kondansatörün akım çekmemesi nedeniyle P ve R 1 üzerinde gerilim düşümü olmaz ve transistörler kesime gider. e. Darlington bğlantılı uzun zaman gecikmeli turn-off tipi zaman rölesi devresi-II Şekil 3.17'de verilen devrede B'ye basıldığında kondansatör (C) dolar. Şekil 3.16: Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli turn-off tipi zaman rölesi devresi L T1 BC547 BC547 T2 Şekil 3.17: Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli turn-off tipi zaman rölesi devresi 37 PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com Butondan elimizi çektiğimizde C'nin üzerinde biriken elektrik yükünün akımı R direncinden geçerek T1 ve T2 transistörünü tetikler. İletime geçen T2 transistörü röleyi çalıştırır. Bir süre sonra kondansatör plâkalarındaki elektrik yükü biteceğinden transistörler kesime gider, röle ilk konumuna döner ve lâmba söner. Devrede T1 transistörünün beyzine bağlanan direncin değeri çok büyük olduğundan beyz ucu çok küçük bir akım çeker. Bu sayede kondansatör çok uzun sürede boşalır. f. Schmitt trigger (tetiklemeli) bağlantılı zamanlayıcılar Ön bilgi: Transistörlerin schmitt tetiklemeli bağlanması Rölelere uygulanan gerilim hemen sıfır ya da maksimum değere ulaşmazsa, rölenin bobininin oluşturduğu mıknatısiyet yetersiz olacağından, kontaklar titreşir. İşte bu durum röleli devrelerde hiç istenmez. Çünkü titreşim şerareye (kıvılcım) sebep olarak rölenin kontaklarının çabuk bozulmasına neden olur. Röle kontaklarındaki titreşimi en az değere indirmek için transistörler schmitt (şimit) tetiklemeli olarak bağlanır. 1,8 kW 390 W 1N4001 33-47 W 33 W 10-1000 mF 270 W 10-33kW Schmitt tetiklemeli turn-off tipi zaman rölesi devresi Şekil 3.18'de verilen devreye enerji uygulandığında C henüz boş olduğundan T1 kesimdedir. Dolayısıyla T1'in kolektör ucundaki (A noktası) gerilimin değeri şaseye göre maksimum seviyededir. Bundan dolayı T2 hemen iletime geçerek röleyi sürer ve alıcı çalışır. R1 ve pot üzerinden şarj olmaya başlayan C, bir süre sonra dolarak T1’i iletime sokar. İletime giren T1’in kolektöründeki (A noktası) gerilim azalırken emiterine bağlı olan R3 direncinde (B noktası) düşen gerilim yükselir. Bu da T2 transistörünün (iki elektriksel etki nedeniyle) hızlıca kesime gitmesine sebep olur. Şöyle ki; +12 V R1 I. T1'in kolektöründeki gerilim R2 düşerek T2'yi kesime götürür. A II. T1 ve T2’nin emiterlerinin R4 bağlı olduğu R5 direncinde oluşan R3 P gerilim, T 2 'nin beyz akımını L azaltıcı etki yapar. (Negatif geri BC547 BC547 T1 besleme) T 2 Devrede bulunan B butonuna B C basılacak olursa C B boşalacağından, T1 hemen R5 R6 kesime gider. Bu da T1'in kolektör (A noktası) geriliminin Şekil 3.18: Schmitt tetiklemeli turn-off tipi zaman rölesi devresi yükselmesine neden olarak T2'yi iletime sokar. Sonuç olarak schmitt tetikleme yöntemi rölenin çok hızlı olarak iletim ya da kesime gitmesini sağlar. Arka arkaya (periyodik) çalışan zaman gecikmeli devreler Endüstriyel üretim süreçlerinde bazı makinelerin periyodik olarak çalışması istenir. İşte bu gibi durumlar için mekanik ya da elektronik yapılı sistemler geliştirilmiştir. Bu bölümde transistörlerle yapılabilen basit yapılı periyodik çalışan devreler açıklanacaktır. 38 PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com 10-33kW 10-33kW 1-10 kW Periyodik olarak +12 V çalışan devre örnekleri a. Alıcıyı aralıklı L R2 R1 (periyodik) olarak R3 çalıştıran devre Şekil 3.19'da + + verilen devre astable C multivibratör (flip C1 2 10-1000 mF 10-1000 mF flop) temellidir. Devrenin T2 T1 çalışmasını basit olarak açıklayacak olursak: İlk anda BC547 BC547 T1'in iletimde olduğunu varsalım. Şekil 3.19: Alıcıyı aralıklı olarak çalıştıran devre Bu durumda C1 şarj olmaya başlar. C1 dolunca T2'yi sürer. T2 iletimdeyken bu kez de C2 dolmaya başlar. C2 dolduğunda T1 iletime geçer. Görüldüğü gibi devre sürekli olarak konum değiştirmektedir. Örnek olarak verilen devrede T2 transistörünün kolektörüne röle bağlı olduğuna göre alıcı aralıklı olarak çalışıp durmaktadır. Alıcının çalışma zamanını değiştirmek istersek C1, C2, R2, R3'ten herhangi birisinin değerini değiştirmemiz gerekir. b. PNP ve NPN transistörlü flaşör Şekil 3.20'de verilen devre DC 12 volt uygulanınca kondansatör L, P1, R1, P2 yolu üzerinden dolmaya başlar. C dolunca PNP tipi T1 transistörünü sürer. PNP iletime geçince NPN tetiklenir ve lâmba yanar. T2 iletime geçtiği anda devredeki kondansatörün (+) yük ile dolu sağ plâkası eksiye (şaseye) bağlanmış olacağından, bu eleman boşalmaya başlar. Kısa bir süre içinde boşalan C, T 1 transistörünün kesime gitmesine neden olur. T1 kesime girince T2'de kesime girer. T2'nin kesime girmesiyle kondansatör yeniden şarj olmaya başlar. T1 +12 V BC308 C R1 50-500 kW 1-100 mF P2 P1 L T2 BC547 50-500 kW - Şekil 3.20: PNP ve NPN transistörlü flaşör devresi C. Merdiven ışık otomatiği devreleri Çok katlı yapılarda merdiven boşluklarını istenilen süre kadar aydınlatmak için geliştirilmiş düzeneklere merdiven ışık otomatiği denilmektedir. Merdiven otomatiklerinin yapı bakımından sınıflandırılması: a. Mekanik yapılı: Bunların içinde motor ve yay düzeneği vardır. Butona basılınca kontak kapanır, lâmbalar yanar. Ayarlanan süre sonunda ise söner. Mekanik yapılı otomatikler piyasadan kalkmıştır. b. Elektronik yapılı: Bu tip otomatiklerin içinde çeşitli biçimlerde dizayn edilmiş elektronik devreler mevcuttur. 39 PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com Elektronik yapılı merdiven ışık otomatiği devrelerine ilişkin uygulanmış devre örnekleri a. PNP transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi Şekil 3.21'de verilen devre tesisata bağlandıktan sonra butona basılırsa C2 dolar. C2'nin gerilimi PNP transistörü sürer, röle çeker ve lâmbalar yanar. C2 boşalınca lâmbalar söner. 100 kW‘luk pot ile lâmbaların yanma zamanı ayarlanabilir. Elektroni k merdiven ışık otomatiği Şekil 3.21: PNP transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi 1,5 k R4 T1 100 k C2 2,7 k R1 T2 BC308 R2 27 k-270 k BC547 470 mF b. NPN ve PNP transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi Şekil 3.22'de verilen devrede butona basıldığında A noktasındaki doğru akım C2'yi şarj eder. Dolan C2, T1'i sürer. T1'in iletime geçmesi PNP tipi T2 transistörünün beyz ucunun eksi alarak iletime geçmesine neden olur. T2 iletime geçtiğinde ise röle lâmbayı/ lâmbaları çalıştırır. C2 boşaldığında lâmbalar söner. R3 2,7 k A 1000 mF16 V C1 klemensler buton lâmba Transformatörsüz merdiven ışık otomatiği 220 V devreleri Şekil 3.22: NPN ve PNP transistörlü Trafolar devrede çok yer merdiven ışık otomatiği devresi kapladığından ve maliyeti arttırdığından trafosuz tip merdiven ışık otomatikleri geliştirilmiştir. Trafosuz tip otomatiklerde gerilimin düşürülmesi için AC 220 voltluk girişe 220-470 nF/350 voltluk kondansatörler seri olarak bağlanmaktadır. Bu sayede gerilimin büyük bir bölümü kapasitif reaktansı (XC) yüksek olan kondansatör üzerinde düşmekte, 12-48 voltluk kısmı ise zaman rölesi devresine gitmektedir. a. Transistör ve triyaklı merdiven ışık otomatiği Şekil 3.23'te verilen devrede B'ye basıldığında C1 kondansatörünün iki ucuna da eksi (-) gideceğinden bu eleman deşarj olur ve P ile R1 üzerinden tekrar dolmaya başlar. C dolana kadar T1 kesimdedir. T1'in kesimde olması nedeniyle T2 ve T3 de kesimde kalır. T3'ün kesimde olması T4'ün iletim olmasını sağlar. T4 iletken olduğu anda triyakın G ucuna eksi (-) gider ve bu elemanın A1-A2 uçları arasından geçen akım lâmbaları çalıştırır. C dolduğu anda T1, T2, T3 iletime geçer. T3 iletken olduğunda T4 kesime gider ve lâmbalar söner. 40 PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com R1 100 k 1M 100 k 10 k 1k BT136 10 k 2,2-10 k BC308 BD135 BC547 6,8 k/1 W BC547 C1 1000 mF 16 V 10 k 1k 10 k 1N4007 12 V 47 mF/16 V 470 nF sigorta lâmba R B buton Mp Şekil 3.23: Transistör ve triyaklı merdiven ışık otomatiği devresi b. Transistörlü (trafosuz) merdiven ışık otomatiği devresi Şekil 3.24'te verilen devrede 1,33 mF’lık kondansatör direnç görevi yaparak gerilimi düşürür. Butona basıldığında devre nötr alarak çalışmaya başlar. C2 dolunca T1 iletime, T2 kesime gider ve lâmba söner. lâmba 1N4007 faz buton 1N4007 nötr BC308 BC308 12 V röle 1N4001 Şekil 3.24: transistörlü (trafosuz) merdiven ışık otomatiği devresi Ç. Entegreli zamanlayıcılar a. 555 entegreli turn-off tipi zaman rölesi devresi Şekil 3.25'te verilen devre alıcının 1 s-15 dakika arası zaman ayarlı olarak çalışmasını sağlar. Butona basıldığında röle çalışır. Bir süre sonra C kondansatörü deşarj olduğundan röle eski konumuna döner. Devrenin çalışma zamanı, T = 1,1.R.C [s] denklemiyle bulunur. Denklemde R: Direnç (ohm), C: Kondansatör (farad) cinsindendir. b. 555 entegreli periyodik olarak çalışan röle devresi Şekil 3.26'da verilen devrede kullanılan kondansatör ve dirençlerin değerine göre entegrenin çıkışının konum değiştirme zamanı ayarlanabilir. 41 PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com Şekil 3.26: 555 entegreli periyodik olarak çalışan röle devresi Şekil 3.25: 555 entegreli turnoff tipi zaman rölesi devresi c. Op-amp ile yapılan zamanlayıcılar Op-amplarda 2 giriş ucu bulunmaktadır. (+) giriş ile (-) giriş, uygulanan sinyalleri kıyaslar ve buna göre çıkış verir. Eğer, (+) girişin gerilimi (-) girişin geriliminden biraz büyük olursa opamp çıkış vererek röleyi sürer. (Konuyla ilgili geniş bilgi için op-amplar bölümüne bakınız.) 100 mF I. 741 Op-ampıyla yapılan turn-off tipi zaman rölesi devresi Şekil 3.27'de verilen devrede butona basıldığı anda kondansatör besleme gerilimi kadar bir değere şarj olur. Bunun sonucunda 3 numaralı (+) girişin gerilimi 2 numaralı (-) girişin geriliminden yüksek olacağından + +12 V op-amp çıkış verir ve röle çeker. 1N4001 C'nin üzerindeki 100 k gerilim pot BC547 üzerinden yavaş 10-500 k k 100-500 yavaş boşalmaya +3 başlar. Bu değer 2 -2 10 k numaralı girişin 100C mF geriliminden aşağı 1,5 k 100 k değere düştüğü anda -op-amp kesime gider. Şekil 3.27: Op-amplı turn-off tipi zaman rölesi devresi Not: Op-ampın 2 numaralı eksi (-) girişinin gerilimi iki adet gerilim bölücü direnç ile besleme geriliminin yarısına düşürülmüştür). D. Lojik kapı entegreli zamanlayıcı devreleri Lojik (mantık) kapı entegreleri kullanılarak da çeşitli zamanlayıcılar yapılabilmektedir. Bu devrelerin tam olarak anlaşılabilmesi için dijital elektronik konularını bilmek gerekir. a. NAND (VEDEĞİL) kapılarıyla yapılan flip flop devresi Ön bilgi: NAND kapısının iki girişine de lojik 1 yani 5 V geldiğinde çıkış uçlarının gerilimi 0 V olur. İki girişe de lojik 0 uygulandığında ise çıkış 5 V olur. NAND (VEDEĞİL) kapılarıyla yapılan flip flop devrenin çalışma ilkesi: N1 kapısının çıkışının 0 V olduğunu kabul edelim. Bu durumda led1 yanar. N1 kapısının çıkışının 0 V 42 PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com olabilmesi için R 2 direnci üzerinde lojik 1 sinyalinin R1 270 W C1 led1 bulunması gerekir. Bu da ancak led1 C1 kondansatörü şarj olurken 100 mF mümkün olur. 100 mF C1 kondansatörü tam olarak 5V dolduğu anda R 2 üzerinden N2 C2 N1 akım geçmeyeceğinden, bu elemanda 0 V görülür. R 2'nin R3 R2 geriliminin 0 V olması N 1 3,3 k Devrede 74LS00 lojik kapı 3,3 k entegresi kullanılmıştır. kapısının çıkışını lojik 1 V yapar ve led1 söner. Şekil 3.28: NAND kapılı flip flop devresi N1'in çıkışının 1 olması C2 kondansatörünün şarj olmaya başlamasına yol açar. Bu ise R3 üzerinde bir gerilim oluşturur. R3 üzerinde oluşan gerilim ise N2'nin çıkışını lojik 0 volt yapar. N2'nin çıkışının 0 V olmasıyla led2 çalışır. Devre bu şekilde çalışmasını sürdürür. Devrede led yerine düşük akımlı 5 voltluk mini röleler kullanılırsa periyodik çalışan bir sistem oluşturulabilir. (Bu durumda ledlere seri bağlı 270 W‘luk direnç iptal edilmelidir.) kondansatör (meksefe) E. Transistörlü elektronik ateşleme devreleri + 12 V 60 Ah kam Şekil 3.29: Akümülâtör kam kontaklar Şekil 3.30: Platin sekonder devre (ince sargılar) primer devre kablosu primer devre (kalın sargılar) yüksek gerilim kablosu kontak anahtarı indüksiyon bobini distribütör (dağıtıcı) kam plâtin takımı buji kabloları akü kondansatör a. Benzinli motorlarda yakıt ateşleme sistemleri Motorun silindirleri içindeki yakıt sıkıştırıldıktan sonra bujiler kıvılcım oluşturarak benzini yakar. Yanan benzinin oluşturduğu ısı ile ortaya çıkan basınç pistonu iter. Böylece mekanik enerji elde edilir. Benzinin yanmasıyla ortaya çıkan basınçtan elde edilen doğrusal hareket dişli - bujiler şase kıvılcım Şekil 3.31: Benzinli motorlarda kullanılan klâsik ateşleme sisteminin yapısı 43 PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com sekonder primer sistemleriyle dairesel harekete dönüştürülür. Ateşleme işlemini yapan bujilerdeki kıvılcım yüksek voltajlı elektrik akımıyla oluşturulur. Motorlu taşıtlarda bulunan 6 ilâ 48 volt arası DC gerilim üreten akümülâtörlerden alınan doğru akım, sürekli açılıp kapanan bir anahtar olan plâtin aracılığıyla indüksiyon bobinine uygulanır. İndüksiyon bobini tıpkı gerilimi yükselten bir transformatör gibi olduğundan, primerine gelen akımı sekonderden Şekil 3.32: Aküden gelen 5000 - 20.000 V olarak verir. Benzinli motorlu taşıtların ateşleme sisteminde bulunan plâtin düşük değerli gerilim adlı anahtarlama düzeneği ilk ayarlandığında çok düzgün çalışır. yükselten indüksiyon bobini Ancak zamanla plâtinin birbirine değen kontakları oksitlenerek geçen akımın azalmasına neden olur. Plâtinin bozulması indüksiyon bobininin primerine giden akımı azalttığından, sekonderdeki gerilimde de düşme olur. Sekonderin geriliminin düşmesi ise bujilerde oluşan kıvılcımın azalmasına yol açarak, silindirlere giren yakıtın tam olarak yanmamasına neden olur. Tam yanmayan yakıt ise motorun çekme gücünü azaltır ve eksozdan yanmamış karbonmonoksit ve kurşun çıkışını arttırır. Yani ateşleme sisteminin verimi düşünce motorun gücü azalır. Yakıt tüketimi artar. İşte plâtin eskimesi nedeniyle ortaya çıkan sorunları gidermek için elektronik ateşleme devreleri geliştirilmiştir. b. İndüksiyon (ateşleme) bobininin yapısı Primeri kalın telden (0,60 - 0,90 mm) az sarımlı, sekonderi ince telden (0,10 mm) çok sarımlı olarak yapılmış transformatördür. İki sargı, silisyum katkılı ince çelik saclardan yapılmış nüve üzerine sarılmıştır. Nüve, primerin oluşturduğu manyetik alanın en az kayıpla sekonder sargılarına ulaşmasını sağlamaktadır. Motor çalışmaya başladığında eksantrik mili döneceğinden, kam da dönmeye başlar. Kamın köşeleri plâtin kontaklarının açılmasını, düz kısımları ise kapanmasını sağlar. (Şekil 3.30 ve 3.31'e bakınız). Kamın kontakları açıp kapatması indüksiyon bobininin sekonderinde yüksek değerli (5000 - 20.000 V) gerilimlerin oluşmasını sağlar. Ateşleme bobininin oluşturduğu yüksek gerilimli akım, distribitör (dağıtıcı) adı verilen mekanik yapılı eleman tarafından sırayla silindirlerdeki bujilere dağıtılır. Şekil 3.31'e bakınız. İndüksiyon bobininin çalışma ilkesi Akümülâtörden elde edilen enerji zamana göre yön ve şiddet değiştirmez. Yani sabittir. Sürekli aynı değerde akan bu tip akımlara doğru akım diyoruz. İndüksiyon bobinlerinin çalışabilmesi için ise sürekli değişen akıma gerek vardır. Aküden alınan akımın sürekli azalıp çoğalmasını sağlamak için plâtin adı verilen düzenek kullanılır. En basit açıklamasıyla plâtin, indüksiyon bobininin primer sarımından geçen akımın kesik kesik akmasını sağlamaktadır. İşte bu sayede elde edilen değişken akım indüksiyon bobininin sekonder sarımında yüksek değerli gerilim oluşturmaktadır. c. Benzinli motorlarda elektronik devreli yakıt ateşleme sistemleri Bir motordan her hızda (devirde) maksimum güç alabilmek için ateşleme ayarlarının çok iyi olması gerekir. Yani, silindir içinde sıkışmış olan yakıt+hava karışımının tamamen tutuşabilmesi için buji tırnakları arasında oluşan kıvılcımın meydana gelme anının çok iyi belirlenmesi gerekir. Silindir içindeki piston tam üst ölü noktadayken buji kıvılcımı başlarsa, alev, karışım içinde ilerlerken, piston da hareketine devam edeceğinden, tam tutuşma anında piston üst ölü noktadan geri dönmüş olur. Bu ise motor gücünü azaltıcı etki yapar. Güç kaybını önlemek için silindir içindeki yanmanın tam üst ölü noktada başlamasını sağlamak gerekir. Bunun için, piston üst ölü noktaya varmadan çok az bir süre önce ateşlemenin olması gerekir. Böylece yakıtın tamamı yanacağından büyük bir basınç (kuvvet) oluşur. 44 PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com transistör transistör distribütör distribütör buji buji indüksiyon bobini + kıvılcım - mini bobin kıvılcım akü indüksiyon bobini platin + RB RB mıknatıs akü Şekil 3.34: Transistör ve mini bobin sensörlü elektronik ateşleme sisteminin yapısının basit olarak gösterilmesi Şekil 3.33: Transistörlü elektronik ateşleme sisteminin yapısının basit olarak gösterilmesi Klâsik yakıt ateşleme sistemlerinde akü+plâtin+indüksiyon bobini+distribütör+bujilerden oluşan düzenek vardır. Klâsik tip ateşleme devrelerinde aküden gelen yüksek değerli akım plâtin kontaklarından geçtiğinden, bu elemandaki eskime çok çabuk olmaktadır. İşte bu sakıncayı ortadan kaldırabilmek için elektronik ateşleme devreleri geliştirilmiştir. Şekil 3.33'te verilen devrede plâtin kontaklarından çok küçük bir akım geçer. Çünkü, transistörün beyzi küçük bir akım ile tetiklenebilir. Bu sayede plâtin kontakları az aşınır. Şekil 3.34'te verilen devre ise daha iyi bir yöntemi göstermektedir. Bu usülde plâtin sistemi tamamen değiştirilmiştir. Motor döndükçe mıknatıs da dönmektedir. Mıknatısın yakınında bulunan mini bobin kendisine yaklaşan mıknatıslardan etkilenerek bir elektrik akımı oluşturur. Bu akım transistörün beyzinden geçen akımın kontrol edilmesini sağlar. Mıknatıs ve bobin düzeneği sayesinde kontak aşınması söz konusu olmaz. plâtin 220 nF/600 V Benzinli motorlarda elektronik ateşleme sistemlerine ilişkin devre örnekleri a. Plâtinli elektronik ateşleme sistemleri Şekil 3.35'te verilen devrede plâtinin açılıp kapanması transistörlü elektronik devreyi çalıştırır. Şöyle ki; plâtin kontağı kapandığında +12 V PNP transistörünün beyz primer sekonder ucuna eksi (-) sinyal R1 R4 gideceğinden bu eleman 2x150 V distribütöre iletime geçer. T1 iletime geçtiğinde R3 üzerinde ener diyot oluşan gerilim ise NPN R5 transistörü sürer. T2 T1 transistörün iletime geçmesiyle indüksiyon T2 R2 bobininin primer sargısından bir akım R3 geçişi olur. Plâtin Şekil 3.35: Transistörlü elektronik ate şleme devresi 45 PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com kontağı açıldığında PNP ve NPN kesime gideceğinden, indüksiyon bobininden geçen akım maksimum değerden sıfır değerine iner. Bu işlem sürekli olarak devam ederek indüksiyon bobininin çok sipirli sekonder sarımında yüksek gerilim oluşturur. Verilen devrede plâtinden çok küçük bir beyz akımı geçişi olduğundan bu eleman çok uzun süre bozulmadan çalışabilir. mıknatıs bobin bobin Şekil 3.36: Değişken manyetik alanın bobinde gerilim oluşturması Şekil 3.37: Dönen diskteki mıknatısların bobinde gerilim oluşturması disk fototransistör Fotodiyod enfraruj led b. Plâtinsiz elektronik ateşleme sistemleri Şekil 3.35'te verilen elektronik ateşleme sistemindeki plâtinden az akım geçmesine rağmen bu eleman yine de zaman içinde özelliğini kaybeder. İşte bu nedenle plâtinsiz elektronik ateşleme sistemleri geliştirilmiştir. Şekil 3.38: Optik ateşleme sisteminin prensibi c. Bobinli elektronik ateşleme sistemi Bilindiği gibi, bir bobin manyetik alan içinde döndürülürse ya da bobin sabit tutulup manyetik alan kutupları hareket ettirilirse, bobinin içindeki elektronlar kuvvet çizgilerinin etkisi sonucu hareket ederler. Bu durumu bobin uçlarına bağlanacak bir voltmetre ya da ampermetreyle görmek mümkündür. Şekil 3.36'ya bakınız. İşte bu prensipten yola çıkılarak şekil 3.37'de verilen bobinli elektronik ateşleme sistemleri geliştirilmiştir. Bu sistemde, motorun ateşleme düzeneğinde bulunan dairesel hareketli diske mıknatıslar yerleştirilmekte, mıknatısların yakınına ise bir bobin (pick-up, manyetik sensör) konmaktadır. Dairesel olarak dönen mıknatısların manyetik alanı sonucu bobinde oluşan gerilim transistörlü elektronik devreleri tetikleyerek indüksiyon bobinine kumanda edilmesini sağlamaktadır. ç. Optoelektronik ateşleme sistemi Şekil 3.38'de verilen prensip şemada görüldüğü gibi bu yöntemde motorun ateşleme sisteminde bir ışık vericisi (enfraruj led), kenarları oyulmuş döner disk ve ışık algılayıcı (fototransistör, fotodiyot) ve elektronik devre mevcuttur. Motor çalışırken kenarları oyulmuş disk de döndüğünden ışık yayan eleman ile ışık algılayan eleman arasındaki iletişim kesik kesik olmaktadır. Işığı algılayan elemanın devamlı olarak iletim kesim olması diğer elektronik devrelerin tetiklenmesine yol açmakta ve bu sayede indüksiyon bobinine kumanda edilebilmektedir. Sorular 1. Bir süre çalışıp duran NPN transistörlü zaman rölesi devresini çizerek çalışmasını anlatınız. 2. PNP transistörlü gecikmeyle çalışan devreyi çiziniz. 3. İki transistörlü turn-off tipi (bir süre çalışıp duran) zaman rölesi devresini çiziniz. 4. Benzinli motorlarda kullanılan klâsik ateşleme sistemini şekil çizerek anlatınız. 46 PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com