Temel Elektrik Laboratuvarı - I Deney Föyü

advertisement
GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
TEMEL ELEKTRİK LABORATUVARI – I
DENEY FÖYÜ
İÇİNDEKİLER
1. DENEY-1: AVOMETRE, OSİLOSKOP ve İŞARET ÜRETİCİ KULLANIMI .................. 3 1.1. Hazırlık Çalışması ........................................................................................................... 3 1.2. Açıklayıcı Bilgiler ........................................................................................................... 3 1.3. Deneyin Yapılışı .............................................................................................................. 5 1.4. Raporda İstenenler: .......................................................................................................... 9 2. DENEY-2: KATOT IŞINLI OSİLOSKOP DENEYİ .......................................................... 10 2.1. Hazırlık Çalışması ......................................................................................................... 10 2.2. Açıklayıcı Bilgiler ......................................................................................................... 10 2.3. Deneyin Yapılışı ............................................................................................................ 16 2.4. Raporda İstenenler ......................................................................................................... 19 3. DENEY - 3: AKIM, DİRENÇ ve KAPASİTENİN ÖLÇÜLMESİ ..................................... 21 3.1. Hazırlık Çalışması ......................................................................................................... 21 3.2. Açıklayıcı Bilgiler ......................................................................................................... 21 3.3. Deneyin Yapılışı ............................................................................................................ 21 3.4. Raporda İstenenler ......................................................................................................... 26 4. DENEY-4: KIRCHHOFF YASALARI ve BİR KAYNAKTAN MAKSİMUM GÜÇ
ÇEKME .................................................................................................................................... 27 4.1. Hazırlık Çalışması ......................................................................................................... 27 4.2. Açıklayıcı Bilgiler ......................................................................................................... 27 4.3. Deneyin Yapılışı ............................................................................................................ 28 4.4. Raporda İstenenler ......................................................................................................... 30 5. DENEY-5: THEVENIN, NORTON ve SÜPER POZİSYON TEOREMLERİNİN
İNCELENMESİ ....................................................................................................................... 31 5.1. Hazırlık Çalışması ......................................................................................................... 31 5.2. Açıklayıcı Bilgiler ......................................................................................................... 31 5.3. Deneyin Yapılışı ............................................................................................................ 32 5.4. Raporda İstenenler ......................................................................................................... 35 1
6. DENEY-6: DOĞRU AKIM KÖPRÜLERİ.......................................................................... 36 6.1. Hazırlık Çalışması ......................................................................................................... 36 6.2. Açıklayıcı Bilgiler ......................................................................................................... 36 6.3. Deneyin Yapılışı ve Raporda İstenenler ........................................................................ 39 7. DENEY-7: D. A. DEVRELERİNDE GEÇİCİ DURUMLARIN İNCELENMESİ............. 41 7.1. Hazırlık Çalışması ......................................................................................................... 41 7.2. Açıklayıcı Bilgiler ......................................................................................................... 41 7.3. Deneyin Yapılışı ve Raporda İstenenler ........................................................................ 44 2
1. DENEY-1: AVOMETRE, OSİLOSKOP ve İŞARET ÜRETİCİ KULLANIMI
1.1. Hazırlık Çalışması
Deneye gelmeden önce aşağıdaki konuları araştırarak kısa bir rapor yazınız.
1. Ölçme nedir, nasıl yapılır?
2. Ölçmenin temel prensipleri nelerdir?
3. Elektriksel büyüklükler ölçülürken hangi aletler nasıl kullanılır?
1.2. Açıklayıcı B lg ler
1.2.1. Deneyin Amacı:
Bu deneyde elektrik devrelerindeki akım, gerilim, direnç gibi fiziksel büyüklüklerin ölçülmesi
konusu incelenecektir. Öncelikle bu büyüklüklerin ölçülmesinde kullanılan ölçü aletlerini
tanıtılacak, ardından basit bir elektrik devresi deney setinde kurularak devredeki akım ve
gerilim değerleri ölçülecektir. Bu değerlerin Kirchhoff’un akım ve gerilim yasalarına uyup
uymadığı kontrol edilecektir. Ayrıca elektriksel büyüklüklerin zamana göre değişim biçimlerini
incelemede çok büyük önemi olan osiloskopta gerilim, akım, zaman ve frekans ölçmelerinin
nasıl yapılabileceği gösterilecektir.
1.2.2. Ön Bilgi
Bir elektrik devresindeki temel büyüklükler devre elemanları üzerindeki akım ve gerilim
değerleridir. Bu büyüklükleri ölçmek için, aslında kendileri de elektrik devreleri olan ölçü
aletlerini kullanırız. Yani, akım ölçmek istiyorsak ölçeceğimiz akımı, üzerinden geçen akımın
değerini bize bildirecek olan bir devreden (ölçü aletinden) geçirmemiz gerekir. Yani; ölçü
aletini devreye seri olarak bağlamalıyız. Gerilim ölçmek istiyorsak, uçlarına uygulanan gerilim
değerini gösteren bir devreye (ölçü aletine) ölçülmesini istediğimiz gerilimi uygulamamız
lazımdır. Yani; ölçü aletini devreye paralel olarak bağlamalıyız. Bu ölçü aletleri aşağıda
tanıtacağımız avometre ve osiloskoptur. Avometre üzerindeki anahtarı değiştirmek suretiyle
isteğe göre bir ampermetre ya da voltmetre olarak kullanılabilen bir ölçme aletidir. Ayrıca
elemanların direnç değerlerini de ölçebildiğinden A(mper)V(olt)O(hm)METRE ismini almıştır.
Osiloskop ise yalnızca gerilimi ölçer, ancak buna karşın devredeki bir gerilimin zamana göre
değişimi ayrıntılarıyla gösterir. Genel olarak ölçme eylemindeki temel problem ölçme aletinin
ölçüm yaptığımız sistemi etkilememesini sağlamaktır. Halbuki her ölçü aletinin bir iç direnci
olacağından, akım ölçerken bu iç direnç akımını ölçeceğimiz elemana seri, gerilim ölçerken ise
3
elemana paralel bağlanarak devredeki elektriksel büyüklükleri değiştirir. Bu kaçınılmaz sorunu
etkisizleştirmenin yolu ampermetre için iç direncin çok küçük, voltmetre için ise çok büyük
olmasını sağlamaktır.
Şekil 1.1: Analog AVOMETRE
Şekil 1.2: Dijital AVOMETRE
Analog AVOMETREler (Şekil 1.1) için iç direnç önemli bir etki oluşturmasına karşın modern
dijital AVOMETREler (Şekil 1.2) için bu değerleri farkedilebilir bir etki oluşturmamaktadır.
Ancak etkisiz de denilemez. Deneylerimiz boyunca dijital AVOMETRE kullanacağız. (Not:
Analog AVOMETRE kullanmak durumunda kalmanız halinde herbir kademe için iç direnç
değerleri arkasındaki etikette yazmaktadır. Ölçümlerinizi bu değerleri hesaba katarak yapmanız
daha doğru sonuca ulaşmanızı sağlayacaktır.)
Kullanacağımız bir dijital avometrenin görüntüsü de Şekil 1.2’de verilmiştir. Görüldüğü gibi
bir ayar düğmesi ile ne ölçeceğimizi belirtmemiz gerekir. Daha sonra gerilim ya da direnç
ölçeceksek kullandığımız problardan (probe: ölçü aleti ile devre arasında elektriksel bağlantıyı
sağlayan kablo) birini ölçü aletinin COM girişine diğerini ise V girişine takmalıyız. Akım
ölçmek için ise problardan birini yine COM girişine diğerini ise 10A girişine takmalıyız. Akım
girişi 10 ampere sigortalanmıştır. Deney boyunca bu girişten 10 amperden yüksek akımları
4
geçirmememiz gerekir. (Ölçü aleti üzerinde daha düşük değerlerde sigortası bulunan mA ve µA
girişi ayrıdır ancak bu deneyde bu girişleri kullanmayacağız.)
1.2.3. Kirchhoff’un Akım ve Gerilim Yasalarının Sınanması
Bildiğiniz gibi elektrik devre teorisindeki iki temel yasa bulunur. Kirchhoff’un akım yasası
(KAY) dediğimiz yasaya göre bir elektrik devresinde belirlediğimiz bir kapalı yüzeyden dışarı
doğru çıkan akımların toplamı sıfırdır. Bu yasaya eşdeğer bir yasa bir düğümden çıkan
akımların toplamı sıfırdır şeklinde ifade edilebilir. Kirchhoff’un gerilim yasası (KGY) olarak
adlandırılan diğer bir yasa ise bir devre elemanı üzerindeki gerilimin, elemanın uçları arasındaki
mutlak gerilimlerin farkı olduğunu söylemektedir. Burada mutlak gerilim devrede belirlenen
herhangi bir referans noktasına göre belirlenir. Bu yasaya eşdeğer olarak devrede bir çevre
boyunca gerilimlerin toplamının sıfır olacağı söylenebilir.
1.3. Deneyin Yapılışı
Şekil 1.3’deki devreyi deney setinizde kurunuz. 5 V değerindeki doğru gerilimi kaynaktan
alınız. Kirchhoff’un gerilim yasasının doğruluğunu sınamak için avometre ile V1-V2 ve V2V3 gerilimlerini ölçünüz ve KGY’nin Ç1 çevresi için geçerli olduğunu gösteriniz
Şekil 1.3
Kirchhoff’un akım yasasının doğruluğunu sınamak için avometre ile I1, I2 ve I3 akımlarını
ölçünüz. KAY’nin V2 düğümü için geçerli olduğunu gösteriniz.
1.3.1.Osiloskop
Osiloskopun çalışma prensibi ve içyapısı ilerleyen deneylerde ele alınacaktır. Bu deneyde
kullanımı için gereken temel bilgiler verilecektir. Temel olarak osiloskop periyodik işaretleri
durağan şekilde gözlemlemeye yaramakla birlikte daha detaylı kullanım alanları olan ve anlık
işaretleri gözlemlemeye de imkan tanıyan bir ölçü aletidir.
5
Şekil 1.4: Analog Osiloskopun Ön Yüzü
Şekil 1.4’te görülen osiloskop 2 kanallı analog bir osiloskoptur. CH1 ve CHII prob girişleridir.
Her kanalın yanında bulunan VOLTS/DIV komütatörü ilgili kanal için ekrandaki bir düşey
karenin kaç voltluk değişime denk geldiğini ayarlamak içindir. TIME/DIV komütatörü ise
yatay bir karanin kaç saniyeye denk geldiğini ayarlamak içindir.
1.3.2. Osiloskobun Çalıştırılması
1. Osiloskobun
açma-kapama
(ON-OFF)
anahtarı
kapalı
konumdayken
,
odaklama(FOCUS) ve ışık şiddeti (INTENSITY) düğmeleri en küçük konumlarda
olmalı.
2. Düşey ve yatay konumu kontrol düğmeleri yaklaşık olarak ortalarda olmalı.
3. Başka bir işaretle senkronizasyon sağlamak amaçlı (EXT) düğmesi, dışarıdan alınan
herhangi bir işarete göre senkron olunmak istenmediği sürece kapalı konumunda olmalı.
4. Yukarıda belirtilen hususlara dikkat ettikten sonra osiloskobun fişini şehir şebekesine
bağlayınız.
5. Açma-kapama (ON-OFF) anahtarını ON konumuna alınız.
6. Osiloskop ısınıncaya kadar bekleyiniz. Daha sonra ışık çizgisi ekranda görülebilecek
kadar INTENSITY düğmesiyle ışık şiddetini ayarlayınız. Eğer çizgi ekranda
görülmüyorsa, X-Y POSITION diye belirtilen konum kontrol düğmeleri yardımıyla,
ışık çizgisini bulmaya çalışınız. Daima, INTENSITY’ yi mümkün olduğu kadar küçük
6
seviyelerde tutunuz. Çünkü, ışıklı çizgi çok parlak olursa ekranın flüoresan maddesi
daha çabuk tükenecektir.
7. Odaklama (FOCUS) düğmesi ile ışıklı çizginin netliğini sağlayınız.
8. Konum kontrollerini X-Y POSITION kullanarak çizgiyi ortalayınız.
9. AT/NORM düğmesini kapalı konuma getirerek tetiklemenin otomatik olarak
yapılmasını sağlayınız.
10. TIME/DIV düğmesini 10 ms (yada daha az) konuma alınız.
Bütün bu işlemlerden sonra osiloskop, ölçmeler için kullanılmaya hazırdır.
1.3.3. Gerilim Ölçme
Osiloskop bir voltmetre gibidir. Süpürme gerilimi varken düşey girişi uygulanan, örneğin
sinüsoidal bir gerilimin zamana göre değişimi ekran üzerinde görülür. Düşey sapmanın
uzunluğu okunarak giriş işaretinin tepeden tepeye değeri okunabilir. Burada istenirse işaretin
efektif değeri de hesaplanabilir.
1.3.4. Test Direnci Kullanarak Akım Ölçme
Osiloskoplar genellikle gerilim ölçmeye yararlar. Dolaylı olarak akım ölçülebilir. Akım
ölçmenin bir yolu, değeri bilinen lineer bir direnç kullanarak bunun uçlarındaki gerilimi ölçüp,
Ohm yasasından yararlanarak içinden geçen akımı hesaplamaktır. Endüktans özelliği
göstermeyen, genellikle 1 Ohm değerinde direnç seçilir. Bu durumda gözlenen gerilim,
ölçülmek istenen akımla aynı biçimde olur ve aynı sayısal değere sahip olur.
1.3.5. Zaman Ölçme
Süpürme gerilimi varken osiloskobun zaman devresinin TIME/DIV anahtarıyla dalga şekli
ekranda elde edilir. Şekil, yatay bölmeler okunabilecek uygun bir yere getirilir. Bu durumda,
zaman = yatay uzunluk * (time/div) olmaktadır
1.3.6. Frekans Ölçme
Periyodik bir dalganın frekansını ölçme, süpürme geriliminin peryodundan yararlanarak
mümkün olur. Periyodik dalganın peryodu T ise, frekansı f = 1/T olur. Periyot, zaman
ölçmesinde anlatılan yolla bulunduktan sonra; frekans, periyodun çarpmaya göre tersi alınarak
hesaplanır.
7
1.3.7. İşaret Üreteci (Fonksiyon Jenaratörü):
İşaret üreteci, belirli üst ve alt sınırlar içinde, istenilen genlik ve frekans değerinde sinüs, kare,
üçgen gibi dalga şekillerini üretebilir. Frekansı ayarlarken önce çalışılacak alan seçilir
(RANGE); sonra da FREQUENCY düğmesiyle hassas ayar yapılarak istenilen frekans elde
edilir.
11. Açma kapama düğmesi
12. İşaret üretecinin çalışır durumda olup olmadığını gösteren düğme
13. Frekans kademesi düğmeleri
14. Dalga şekli düğmeleri
15. Çarpan katsayı (Frekans kademesindeki değeri 0,2 ile 2,0 arasındaki bir sayı ile çarparak
çalışmayı istediğimiz frekans değerine ulaşmamızı sağlar)
16. Dalga şeklinin zaman simetrisini kontrol eden düğme (düğme CAL durumundaysa
dalga şekli %100 simetriktir.)
17. Zaman simetrisini eviren düğme
18. Çıkış işaretinin DC düzeyini ayarlamaya yarayan anahtar
19. Çıkış işaretinin genliğini kontrol eden düğme
20. Bu düğmeye basıldığında çıkış işaretinde 20 dB’lik bir zayıflama meydana gelir.
21. Kare, üçgen, sinüs dalga şekillerinin alınabildiği çıkış
22. Frekans aralığını dışarıdan taramak (VCF: voltage-controlled frequency) için
kullanılan giriş
23. TTL lojik devrelerini sürmek için kullanılan çıkış Şekil 1.5: İşaret Üretecinin Ön Yüzden Görünümü
8
1.3.8. Deneyin Yapılışı:
1. Osiloskop çalıştırılır ve daha sonra işaret üreteci ile bağlantısı yapılır.
2. İşaret üretecinden elde edilecek sinüsoidal ve kare dalga işaretleri için gerilimleri 1V
frekansları da f = 800 Hz ve 10 kHz olarak ayarlayınız. Osiloloskop ile işaret üreteci
arasındaki bağlantıyı sağlayarak osiloskop ekranında görülen işareti düşey ve yatay
kuvvetlendirme katsayılarını göz önüne alarak çiziniz.
3. Şekil 1.6’daki düzeneği kullanarak 1V’luk f = 1kHz frekansında sinüsoidal gerilim için
devreden geçen akımı osiloskop kullanarak bulunuz. Bulduğunuz akım değerini ve
devrede kullanılan direnç değerleri kullanarak sinyal üretecinden elde edilen gerilim
değerine ulaşmaya çalışınız.
Şekil 1.6:. Devreden geçen akımı osiloskop ile ölçüm şekli.
1.4. Raporda İstenenler:
Deneyde yapılanların anlatıldığı ve elde edilen sonuçların metrik kağıda çizilerek gösterildiği
deney raporu bir sonraki deneyden önce deneyi yapan görevli arkadaşa teslim edilmelidir.
NOT : Ek ödev ve deney sonrası çalışmalar deneyi sürdüren görevli tarafından sözlü olarak
bildirilecektir.
9
2. DENEY-2: KATOT IŞINLI OSİLOSKOP DENEYİ
2.1. Hazırlık Çalışması
1. Osiloskop nedir, ne işe yarar? Araştırınız.
2. Analog osiloskobun çalışma şeklini ve yapısını araştırınız.
3. Katot ışınlı tüp ve elektron tabancası nedir? Araştırınız.
4. Kalibrasyon nedir, osiloskopta kalibrasyon nasıl yapılır? Araştırınız.
5. Osiloskopta ölçülen elektriksel büyüklük nedir, osiloskopla akım ölçülebilir mi?
Araştırınız.
6. Sinyal jeneratörü nedir, ne işe yarar? Araştırınız. 2.2. Açıklayıcı B lg ler
2.2.1. Deneyin Amacı
Bu deneyde, analog osiloskop yardımıyla çeşitli büyüklüklerin (genlik, faz farkı ve frekans
gibi) nasıl ölçülebileceğinin öğrenci tarafından anlaşılması amaçlanmıştır.
2.2.2. Gerekli Malzemeler
İki kanallı analog osiloskop, Sinyal üreteci
2.2.3. Osiloskobun Yapısı
Şekil 2.1: Katot ışınlı osiloskopun temel bileşenleri
Şekil 2.1’de Katot ışınlı osiloskopun temel yapısı gösterilmiştir. Osiloskop, televizyon
tüplerinin benzeri olan katot ışınlı tüpten oluşur. Katot ışınlı tüp, havası boşaltılmış cam bir
tüptür.
10
Katot ışınlı tüpün temel olarak 3 kısımdan oluşur:
1. Elektron Tabancası 2. Düşey (Y) ve Yatay (X) saptırma levhaları 3. Ekran Elektron Tabancası
Elektron tabancası elektronların meydana gelmesini ve kontrolünü sağlamaktadır. Elektron
tabancasının katodu, bir flaman yardımıyla ısıtılır. Isının etkisiyle katotun yapısında yer alan
serbest elektronlar koparak anota uygulanan yüksek potansiyelli gerilim yardımıyla anota doğru
hızla hareket ederler. Yüksek hızlı bu ince elektron demeti iki ayrı saptırma levhaları arasından
geçer. Birinci saptırma levhaları elektron demetini düşey doğrultuda aşağı-yukarı saptırırlar.
Düşey saptırmanın yönünü, saptırma levhalarına uygulanan gerilimin polaritesi belirler. Sapma
miktarını ise, aynı gerilimin genliği belirler. Elektron demeti daha sonra, yatay saptırma
levhalarına uygulanan gerilimin polaritesine ve genliğine bağlı olarak sağa-sola saptırılır.
Böylece, elektron demetinin fosforlu ekran üzerinde hangi noktaya düşeceği belirlenmiş olur.
Fosforlu ekran üzerine düşen yüksek enerjili elektron demeti fosforun parlamasına neden olur.
Görüntünün ekran üzerinde meydan gelmesi bu şekilde olur.
Şekil 2.2: Katot ışınlı osiloskopun blok şeması
Düşey (Y) ve Yatay (X) Saptırma Levhaları
Osiloskop ekranında dalga şekillerini izleyebilmek için elektron ışınının yatay olarak
saptırılması gerekir. Normal çalışmada ışının yatay sapmasını tekrarlayabilmesi için, ışının
sapmaya başladığı noktaya geri döndürülmesi gerekir. Işın soldan sağa doğru saptırılır ve geri
11
dönüş esnasında ekranda görünmesi engellenir. Ekranda izlenmek istenen işaret ise, ışını düşey
olarak saptıracak elektronik devrelere uygulanır. Şekil 2.2’de katot ışınlı osiloskopun blok
şeması görülmektedir. Osiloskopta incelenen işaret çok küçükse, işaretin genlik, sıklık, periyot
gibi büyüklüklerinin daha rahat gözlenmesi için işaret yatay ve düşey yönde büyütülebilir.
Bunun için işaret önce kuvvetlendirilir; daha sonra levhalara uygulanır. Osiloskoptaki
görüntünün düşey yönde büyütülmesi VOLTS/DIV düğmesiyle ve yatay yönde büyütülmesi
TIME/DIV düğmesiyle gerçekleştirilir.
Yatay Süpürme (Tarama) Devresi
Bu kısım zamanla testere dişi bir işaret (gerilim) üreten bir osilatör olup, bu gerilim osiloskopun
yatay saptırma levhalarına uygulandığında, düşey levhalarda bir gerilim yokken ışıklı nokta
ekranda orta kısımda düz bir yatay çizgi (zaman ekseni) olarak görülür. Düşey levhalarda
zamanla değişen bir işaret olup yatay levhalara işaret uygulanmamışken ekranda düşey bir çizgi
görülmektedir. Yatay levhalara testere dişi gerilim, düşey levhalara da zamanla periyodik
olarak değişen bir gerilim: sinüsoidal, üçgen, kare dalga, vb. uygulandığında ekranda düşey
levhalara uygulanan gerilim görülmektedir. Düşeye ve yataya uygulanan işaretler birlikte
senkron olurlarsa, ekrandaki işaret duruyormuş gibi görünür. Aksi halde ekrandaki işaret sürekli
olarak sağa ya da sola doğru kayar.
Ekrandaki görüntünün kararlı olabilmesi için, süpürme işareti ile izlenecek işaretin
senkronlanması gerekir. Eğer senkronlanma sağlanmamışsa ekrandaki görüntünün yatay eksen
boyunca kaydığı görülecektir.
İzlenecek işaret düşey işaret bölücüsüne ya doğrudan (DC konumu) bağlanır, ya da bir
kondansatörden geçirilerek (AC konumu) bağlanır. DC konumda iken, işaretin AC ve DC
bileşenlerinin toplamı düşey bölücü girişine uygulanır. Bu durumda işaret olduğu gibi ekranda
görüntülenir. AC konumda iken, bir kondansatörden geçirilen işaretin DC bileşeni süzüleceği
için, ekranda sadece AC bileşeni görüntülenecektir.
Çok izli çalışma
Birden fazla işaretin değişimini aynı anda osiloskop ekranında görebilmek için yapılabilecek
iki şey vardır. Birincisi, elektron tabancası sayısını arttırmaktır. Bu masraflı bir yöntem
olduğundan pek tercih edilmez. İkincisi ise, çok izli osiloskop kullanmaktır. Bu yöntemde,
ekranda çok görüntü elde etmeye yarayan bir elektronik anahtarlama devresi kullanılmaktadır.
12
Bu tür osiloskoplar çift izli osiloskoplar olarak adlandırılır. Çift iz özelliği atlamalı
(ALTERNATE) veya kıyımlı (CHOPPER) çalışma ile sağlanır.
Atlamalı çalışma modunda, süpürme işaretinin her bir periyodunda bir kanaldaki işaret (A
kanalı) anahtarlama devresi yardımıyla düşey saptırma levhalarına uygulanır ve dolayısıyla
ekrana çizdirilir. Bir sonraki periyotta diğer kanaldaki işaret (B kanalı) ekrana çizdirilir.
Fosforlu ekranın kalıcılık özelliğinden dolayı, aynı kanala ait işaret tekrar çizdirilene kadar
önceki görüntü kaybolmaz. Böylece iki işaret Şekil 2.3’te olduğu gibi, aynı anda ekranda
görüntülenmiş olur. Atlamalı çalışma modu yüksek frekanslı işaretlerin aynı anda
görüntülenmesi açısından uygundur. Düşük frekanslı işaretlerin bu modda görüntülenmesinde
problem çıkabilir. Şöyle ki, ekranın kalıcılık süresi işaretin periyodunun yarısından daha küçük
olduğunda, işaret ekrana tekrar çizdirilene kadar ilk çizdirilen görüntü kaybolacaktır. Bu
yüzden de iki işareti aynı anda ekran üzerinde görmek mümkün olmayacaktır.
Şekil 2.3: Atlamalı çalışma modunda iki işaretin aynı anda görüntülenmesi
Kıyımlı çalışma modunda ise, süpürme işaretinin bir periyodu eşit zaman dilimlerine bölünür.
Her bir dilimde anahtar konum değiştirir ve diğer kanaldaki işaretin düşey saptırma levhalarına
uygulanmasını sağlar. Bu işlem hem çok hızlı, hem de zaman dilimleri çok dar olduğu için
kesiklik gözle farkedilemez ve görüntü sürekliymiş gibi görünür. Şekil 2.4’te anlaşılırlığı
arttırmak için zaman dilimi sayısı düşük tutulmuştur. Görüntünün bir periyotta binlerce ve çok
küçük süreli parçalardan oluştuğu düşünüldüğünde, görüntülerin kesikli değil de sürekliymiş
gibi algılanacağı açıktır. Kıyımlı çalışma modu yüksek frekanslı işaretlerden daha çok, düşük
frekanslı işaretler için uygundur.
Şekil 2.4: Kıyımlı çalışma modunda iki işaretin aynı anda görüntülenmesi
13
2.2.4.Osiloskobun Tanıtılması
1
POWER
Osiloskobu açma-kapama düğmesi
2
INTEN
Osiloskoptaki işaretin keskinliğini ayarlamak için kullanılır
3
TRACE
Osiloskoptaki
ROTATION
ayarlanmasını sağlar
4
FOCUS
Osiloskoptaki işaretin netliğini ayarlar
5
CAL 2Vp-p
Tepeden tepeye değeri 2V olan 1kHz’lik referans işaret sağlar
işaretin
yatay
14
düzlemde
eksen
çizgisine
göre
7
20MHz BWL
9
CH1 POSITION
10 CH2 POSITION
Bant genişliğini yaklaşık 20 MHz olarak ayarlar
CH1(Kanal 1) için izin dikey konumunu ayarlamak ve
CURSOR FUNCTION ile ölçüm yapmak için kullanılır.
CH2(Kanal 2) için izin dikey konumunu ayarlamak için
kullanılır
Osiloskobu ALTERNATE (atlamalı), CHOPPER(kıyımlı),
12 ALT/CHOP/ADD-INV
ADD (toplama) ve INV(tersini alma) modunda çalıştırmak
için kullanılır
Kanal1’in hassasiyetini ayarlar. Bu düğme ile dikey saptırma
çarpanı seçimi yani dikey eksenin ölçeklendirilmesi yapılır.
13 CH1 VOLTS/DIV
Bu sayede ekrandaki yatay çizgilerin arasının kaç voltluk
gerilime karşılık düşeceği ayarlanır. Ayar değeri genlik
ölçümünde kullanılır. (2mV/div - 5V/div.)
Kanal2’in hassasiyetini ayarlar. Bu düğme ile dikey saptırma
çarpanı seçimi yani dikey eksenin ölçeklendirilmesi yapılır.
14 CH2 VOLTS/DIV
Bu sayede ekrandaki yatay çizgilerin arasının kaç voltluk
gerilime karşılık düşeceği ayarlanır. Ayar değeri genlik
ölçümünde kullanılır. (2mV/div - 5V/div.)
15 CH1-VAR
Ölçüm için CH1’deki sinyali seçer
16 CH2-VAR
Ölçüm için CH2’deki sinyali seçer
17 CH1 AC/DC
CH1 için AC veya DC giriş kuplajı seçimi yapar
18 CH2 AC/DC
CH2 için AC veya DC giriş kuplajı seçimi yapar
Basıldığında CH1’i toprağa bağlar, tekrar basıldığında
19 CH1 GND-Px10
devreye alır. Ayrıca bu düğmeye bir miktar basılı tutulup
bırakılırsa
ölçülen
sinyal
ekranda
1:10
oranında
ölçeklenebilir.
Basıldığında CH2’yi toprağa bağlar, tekrar basıldığında
20 CH2 GND-Px10
devreye alır. Ayrıca bu düğmeye bir miktar basılı tutulup
bırakılırsa
ölçülen
ölçeklenebilir.
15
sinyal
ekranda
1:10
oranında
Zaman bazı hızını ayarlar. Bu komütatör ile yatay tarama
21 TIME/DIV
değerleri
seçilerek
yatay
eksenin
(zaman
ekseni)
ölçeklendirilmesi yapılır yani yatay tarama hızı seçilir.
2.3. Deney n Yapılışı
Osiloskop karşısında ilk yapılması gerekenler:
1. Osiloskobun Power (Güç) butonuna basılarak bir süre ısınması beklenir.
2. Parlaklık (INTEN) potansiyometresi ile parlaklık ayarı yapılır. Çizgi belirdikten sonra
parlaklık yine bu düğme yardımı ile istenilen şekilde ayarlanabilir (Çok parlak olması
fosfor ekrana zarar verir).
3. Position
ve Horizontal position düğmeleri ile oynanarak çizgi ekran üzerine
düşürülmeye çalışılır.
4. Işıklı çizginin parlaklığı ayarlandıktan sonra gerekiyorsa netliği de FOCUS ayarı
yardımıyla sağlanır. 2.3.1. Osiloskop ile DA (Doğru Akım) işaretlere ait genlik ölçümü
Tam DA gerilim ekranda düz bir çizgi şeklinde
görülür.
Ekranda görünen DA gerilimin gerçek değerini
bulmak için:
V = prob çarpanı x kare sayısı (düşey) x Volts / DIV formülü kullanılır.
Deney Sırasında Yapılacaklar
Deney seti üzerindeki sinyal üretecinden 5V’luk DA işareti ayarlayınız. Osiloskopta GND
tuşuna basınız ve ekranda görülen izin sıfır seviyesini x-ekseni üzerine gelecek şekilde
ayarlayınız. Probu x1 konumunda kullanarak CH1 girişinin kuplajını DC olarak ayarlayınız.
Sinyal üretecinin çıkışını osiloskobun CH1 girişine uygulayınız. Ekrandaki izin önceki
16
konumuna göre kaç bölme yer değiştirdiğini ve VOLTS/DIV anahtarının konumunu Tablo
2.1’e kaydediniz. DA gerilimin değerini hesaplayınız ve Tablo1’e kaydediniz.
Tablo 2.1
DA Gerilim Ölçümü
Ölçülen/Hesaplanan Nicelik
Osiloskop Ölçümü
Ölçüm hesaplama sonucu ve birimi
VOLTS/DIV konumu
Ölçülen DA gerilimi
2.3.2. Osiloskop ile AA (Alternatif akım) işaretlere ait genlik, frekans ve faz farkı
ölçümü
Genlik Ölçülmesi;
Ekrandaki işaretin genliği Y (düşey) ekseninde ölçülür. Genlik, ilk önce ekran üzerindeki
kareler cinsinden belirlenir. Daha sonra VOLTS/DIV giriş zayıflatıcısı komütatörünün
üzerindeki işaretin gösterdiği değer ile kare sayısı çarpılarak gerilimin genliğe ilişkin değeri
belirlenir. Şekil 5’te görüldüğü gibi gerilimin maksimum değeri 2 karedir ve osiloskoptaki
ayarda her bir kare 50mV’a ayarlanmıştır. Dolayısıyla gerilimin maksimum değeri;
V = 2x50x10-3 = 100 mV max olarak hesaplanır. Gerilim dalga şeklinin efektif değerini
hesaplayacak olursak;
Gerilim dalga şekli sürekli bir sinüs olduğundan dolayı
dolayısıyla,
√
√
70,71
olarak bulunur.
Gerilim başka bir şekle sahip ise efektif değer formülünden hesaplanır.
Şekil 2.5
17
Periyot Ölçülmesi;
Periyot ölçümleri X (yatay) ekseninde yapılır. Dalga şeklinin bir periyodunun X ekseni
yönündeki uzunluğu kareler sayılarak belirlenir. Daha sonra TIME/DIV komutatörünün
gösterdiği değer (örneğin burada 1ms/div olsun) ile kare sayısı çarpılarak işaretin periyodu
belirlenir. Şekil 2.5’e tekrar bakacak olursak; dalga şekli bir periyodunu 10 karede
tamamlamaktadır ve her bir kare 1ms’ye tekabül ettiğinden dolayı dalga şeklinin periyodu
10ms’dir. Buradan frekansa geçecek olursak;
100
olarak bulunur.
Deney Sırasında Yapılacaklar :
Osiloskobun CH1 girişine, Deney Sorumlusu’nun Sinyal üretecinden ayarladığı sinyali
uygulayınız. Osiloskobun CH1 girişini AC konumuna getiriniz. Yaklaşık bir tam periyod elde
edebilmek için TIME/DIV anahtarını ayarlayınız. Daha sonra aşağıdaki adımları uygulayınız:
1. 5 VOLTS/DIV ve 1 ms TIME/DIV konumları için işaretin tepeden tepeye (peak to
peak) genlik bölme sayısını ve genlik değerini Tablo 2.2’ye kaydediniz. Ayrıca
sinüzoidal işaretin periyot bölme sayısını, periyodunu ve frekansını Tablo 2.2’ye
kaydediniz. 2. 2 VOLTS/DIV ve 0.5 ms TIME/DIV konumları için işaretin tepeden tepeye (peak to
peak) genlik bölme sayısını ve genlik değerini Tablo 2.2’ye kaydediniz. Ayrıca
sinüzoidal işaretin periyot bölme sayısını, periyodunu ve frekansını Tablo 2.2’ye
kaydediniz. 3. 1 VOLTS/DIV ve 1 ms TIME/DIV konumları için işaretin tepeden tepeye (peak to
peak) genlik bölme sayısını ve genlik değerini Tablo 2’ye kaydediniz. Ayrıca
sinüzoidal işaretin periyot bölme sayısını, periyodunu ve frekansını Tablo 2’ye
kaydediniz. Tablo 2.2
AA genlik ve frekans ölçümleri
Ölçülen/Hesaplanan Nicelik
Ölçüm/Hesaplama Sonucu ve Birimi
5 VOLTS/DIV ve 1 ms TIME/DIV konumları için
Vpp’nin bölme sayısı ve değeri
Periyot
bölme
sayısı
ve
değeri,
Hesapladığınız frekans değeri
18
2 VOLTS/DIV ve 0.5 ms TIME/DIV konumları için
Vpp’nin bölme sayısı ve değeri
Periyot
bölme
sayısı
ve
değeri,
Hesapladığınız frekans değeri
1 VOLTS/DIV ve 0.2 ms TIME/DIV konumları için
Vpp’nin bölme sayısı ve değeri
Periyot
bölme
sayısı
ve
değeri,
Hesapladığınız frekans değeri
Faz Farkının Ölçülmesi
Şekil 2.5’te iki farklı sinyale ait dalga şekilleri yer almaktadır. Şekil 2.5’e baktığımızda bir
periyodun 10 karede tamamlandığı görülmektedir. Bu durumda her bir kare 360/10=36º ye
tekabül etmektedir. Faz farkı yani α=1.5 kare olduğundan dolayı bu iki sinyal arasındaki
arasındaki faz farkı; ϕ = 1.5x36 = 54º olarak bulunur.
Deney Sırasında Yapılacaklar :
Faz Farkı Ölçümü
Deney sorumlusu Sinyal üretecinden aynı frekansta fakat aralarında faz farkı olan farklı
genlikte iki adet sinyal üretecektir. Bu sinyalleri osiloskobun Kanal 1 ve Kanal 2 girişlerine
uygulayınız. Tetikleme seviyesini, VOLTS/DIV ve TIME/DIV anahtarlarını ayarlayarak iki
sinyali de ekranda görüntüleyiniz. İki sinyal arasındaki faz farkını, bu sinyallerin genliklerini
ve frekansını ölçerek hesaplayarak Tablo 2.3’e kaydediniz.
2.4. Raporda İstenenler
1. Deneyden öğrendiklerinizi yazınız.
2. Deney sırasında almış olduğunuz değerleri Tablo 2.1, Tablo 2.2 ve Tablo 2.3’e girerek
istenenleri hesaplayınız. Elde ettiğiniz verileri rapor haline getiriniz ve yorumlayınız.
3. Tablo 2.2’yi elde ederken osiloskobu farklı Volts/div ve Time/div seviyelerinde
çalıştırdınız. Sizce hangi durumda (Volts/div ve time/div anahtarlarının konumları) daha
hassas sonuç elde edilir? Nedenini açıklayınız.
4. Osiloskop ile akım ölçülür mü? Ölçmek isteseniz nasıl ölçerdiniz? Gerekiyorsa devre
çizerek gösteriniz. 19
NOT : Raporun kapak sayfasına aşağıdakileri yazınız:






Deneyin adını,
Deney Sorumlusunun Adını-Soyadını
Öğrenci numaranızı,
Adınızı-Soyadınızı,
Grup numaranızı
Raporu teslim ettiğiniz tarihi
Tablo 2.3
Faz Farkı Ölçümü
Ölçülen/Hesaplanan Nicelik
Ölçüm/Hesaplama Sonucu ve Birimi
CH1 ve CH2’deki sinyallerin
arasındaki faz farkı
CH1 ve CH2’deki sinyallerin
genlikleri
CH1 ve CH2’deki sinyallerin
frekansı
CH1:
CH2:
CH1:
CH2:
20
3. DENEY - 3: AKIM, DİRENÇ ve KAPASİTENİN ÖLÇÜLMESİ
3.1. Hazırlık Çalışması
Deneye gelmeden önce aşağıdaki konuları araştırarak kısa bir rapor yazınız.
1. Akım, kapasite ve direnç ölçüm yöntemlerini araştırınız.
2. Ölçüm hatalarının kaynaklarını araştırınız.
3. Kapasite ve endüktans değerlerinin nasıl ölçülebileceğini araştırınız.
3.2. Açıklayıcı B lg ler
3.2.1. Deneyin Amacı
Bu deneyde akım, direnç, kapasite gibi fiziksel büyüklüklerin ölçülmelerinin altındaki
prensipler incelenecektir. Önceki deneylerde bu büyüklüklerin ölçülmesinde kullanılan ölçü
aletlerini tanıtılmıştı, bu bilgilerden de yararlanarak ölçü aletlerinin bu ölçümleri temel olarak
nasıl gerçekleştirdiği incelenecektir.
3.2.2. Ön Bilgi
Bu büyüklüklerinin bilgileri haricen ölçülerek bilinmesinin önemi yanında çalışan sistemlerin
de birçok işlevleri yerine getirebilmesi için çoğu zaman ihtiyaç duyduğu bilgilerdir. Örneğin
bir cep telefonu pilin şarj durumunu gözlemlemek için sürekli akım ve gerilim ölçümü
gerçekleştirir. Bir sistemdeki herhangi bir çevre birimin aşırı akım çekip çekmediği yine
sistemin kendi içinde yaptığı akım ölçümü ile gerçekleştirilir. Herhangi bir yükü devreye
alınmadan değerinin bilinmesi gerekiyorsa sistem kendi içinde direnç ölçümü yapması gerekir.
Bu bilgilerin ışığında bahsedilen büyüklüklerin ölçülmesi için var olan yöntemlerden bazıları
bu deneyde incelenecektir.
3.3. Deney n Yapılışı
3.3.1. Akım Ölçüm Yöntemleri
1. Rezistif (Direk)
a. Akım Ölçüm Direnci
b. Endüktans DC Direnci
(Araştırarak hazırlık raporuna yazınız)
21
2. Manyetik (Dolaylı)
a. Akım Transformatörü
(Araştırarak hazırlık raporuna yazınız)
b. Rogowski Bobini
(Araştırarak hazırlık raporuna yazınız)
c. Hall-Efekt
(Araştırarak hazırlık raporuna yazınız)
Bu deneyde sadece yukarıdaki başlıklarda belirtilen Rezistif akım ölçümü incelenecektir.
Parantez içinde yazılı direk ve dolaylı sözcükleri ölçüm yönteminin kapalı devreye direk bir
müdahale ile mi yoksa dolaylı bir yönden mi ölçüm yaptığını belirtmektedir.
Adından da anlaşılacağı gibi direk olarak kapalı devreye seri bağlanacak bir akım ölçüm direnci
ile yapılan akım ölçümüdür. Günümüzde çok küçük değerli (~1mΩ) ve çok hassas dirençlerin
üretilebiliyor olması bu yöntemi çok ucuz bir yöntem yapmasının yanı sıra, bu yöntem sıcaklığa
olan aşırı bağlılığı ile önemli bir dezavantaj içermektedir(direnç değeri sıcaklıkla değişim
gösterir). Şekil 1’de görüldüğü gibi 1Ω’luk yükten geçen akım aynı zamanda 1mΩ’luk yükten
geçmekte ve bu bir voltmetre yardımı ile ölçüldüğünde 0,03 amperlik (%0,1) bir hata ile
bulunabilmektedir.
Şekil 3.1. Akım Direnci (Endüktans DC direnci) ile Akım Ölçümü
Not: Şekil 3.1.’deki akım ölçüm sisteminin denklemini çıkararak hata formülünü elde ediniz.
Rezistif Akım Ölçümü
1. Şekil 3.1. ‘deki devreyi deney sorumlunuzun size temin edeceği direnç değerleri ile
kurunuz.
2. Aşağıdaki tabloda istenen ölçülmesi gereken değerleri kaydediniz.
3. Hatayı hesaplama yolu ile bulunuz ve kaydediniz.
22
Algılama
Direnci
Rsense (Ω)
Seri
Direnç R1
(Ω)
Gerilim
(V)
Hesaplanan
Akım
(A)
Ölçülen
Akım
(A)
Hata
(%)
1
2
3
3.3.2. Direnç Ölçümü
Önceki deneylerde dirençlerin üzerinde bulunan renkli şeritlerden değerlerinin nasıl
okunacağın anlatılmıştı. Bu deneyde ise ölçüm ve hesaplama yolu ile değeri bilinmeyen
dirençlerin değerleri tespit edilecektir.
Ölçüm Yolu ile bilinmeyen direnç değerinin bulunması
Hesaplanan Sonuçlar
V1=
V
R1 =
Ω
R2=
Ω
R3=
Ω
AKIM
GERİLİM
Ölçülen Sonuçlar
AKIM
GERİLİM
1. Size verilen dirençleri devreye monte ediniz.(Devre şemasını kendiniz düşünerek
oluşturmalısınız.)
2. Önce hesap yoluyla bulunması gereken kısımları tamamlayınız.
3. Deney kısmı için AVO metrelerden birisini DC mA için ayarlayınız.
4. İkinci AVO metreyi DC voltmetre olarak ayarlayınız.
5. Deney sorumlunuzun belirteceği gerilim düzeyini DC gerilim kaynağından ayarlayarak
tablodaki ölçüm sonuçlarını ve hesapladığınız direnç değerlerini kaydediniz.
6. Hesaplanan ve ölçülen sonuçlar arasındaki farkı yorumlayınız.
23
3.3.3. Kapasitenin Ölçülmesi:
Zaman Sabiti(τ) Hesaplanması
Şekil 3.2: Kapasitenin R1 direnci üzerinden dolumu (anahtar konumu:1) ve R2 direnci üzerinden
boşalması (anahtar konumu:2).
Anahtar Konum 1: Bu durumda V1 kaynağı R1 direnci ve C1 kapasitesi kapalı bir devre
oluşturdukları için üzerinden akan akımlar aynıdır. Bu durumda aşağıdaki formülleri
yazabiliriz.
1
1
1
Başlangıç koşulu olarak C1 kapasitesinin geriliminin “0” olduğu düşünülerek denklemler
çözülürse sonuç aşağıdaki gibidir. Burada (τ) ile ifade edilen simgeye devrenin zaman sabiti
denmektedir.
1
1
1
1
Zaman sabitinin zamana eşit olduğunu durumu ele alırsak (τ=t) durum aşağıdaki gibi olur:
1
1
0,632
1
1
24
1
1
1
0,368
Yani τ kadar süre sonunda kapasite üzerinde V1 kaynağının 0,632 katı bir gerilim oluşacaktır.
Exponansiyel fonksiyon teoride sonsuzda V1 noktasına ulaşacağı için kapasitenin tam dolduğu
noktayı genel olarak 5 τ kabul edilir.
Bu durum bize denklemde bilinmeyen verinin C değeri olması durumunda hesaplanmasına
olanak sağlamaktadır.
Anahtar Konum 2: Anahtar konumu 2 kapasiteyi yeterince küçük bir direnç üzerinden
boşaltmak için kullanılacaktır.
Ölçüm Yolu ile bilinmeyen kapasite değerinin bulunması:
1. Deney sorumlunuzun verdiği dirençler ve kapasite ile Şekil 3.2’deki devreyi kurun(İki
farklı kapasite için ölçüm yapılacaktır).
2. Kapasite üzerindeki gerilimi ölçmek için AVO metreyi DC gerilim konumuna getirerek
kapasitenin uçlarına bağlayın.
3. Zaman tutmak için bir saat veya kronometre kullanabilirsiniz.
4. Devreye V1 gerilimi uygulandığı andan itibaren her saniye veya 5 saniye için
voltmetrenin gösterdiği değeri tabloya kaydedin. (kapasite üzerindeki gerilimin besleme
geriliminin 0,632 katı olduğu an zaman bilgisini özel olarak kaydedin)
5. Elde ettiğiniz sonuçlardan bilinmeyen kapasite değerini kapasitenin dolma
denkleminden yararlanarak hesaplayın ve kaydedin.
6. Ölçümde yapılan hataların kaynaklarını araştırınız
R1 =
Ω
V1=
V
Zaman (s)
Ölçülen Sonuçlar
Gerilim (C1)
25
Gerilim (C2)
Hesaplanan
Kapasite Değeri
C1=
F
C2=
F
3.4. Raporda İstenenler
Deneyde yapılanların anlatıldığı ve elde edilen sonuçların gösterildiği deney raporu bir sonraki
deneyden önce deneyi yapan görevli arkadaşa teslim edilmelidir. (e-mail yoluyla PDF
formatında bilgisayar ortamında hazırlanmalıdır.)
Raporunuzda kapasiteyi bir direnç üzerinden boşaltma yöntemi ile nasıl hesaplayabileceğinizi
anlatan araştırmayı dahil ediniz.
Ek ödev ve deney sonrası çalışmalar deneyi sürdüren görevli tarafından sözlü olarak
bildirilecektir.
26
4. DENEY-4: KIRCHHOFF YASALARI ve BİR KAYNAKTAN MAKSİMUM GÜÇ
ÇEKME
4.1. Hazırlık Çalışması
1. Ampermetre devreye nasıl bağlanmalıdır? Araştırınız.
2. Voltmetre devreye nasıl bağlanmalıdır? Araştırınız.
4.2. Açıklayıcı B lg ler
4.2.1. Kirchhoff’ un Gerilim Yasası
Herhangi bir kapalı yoldaki gerilimin cebirsel toplamı sıfıra eşittir.
Şekil 4.1 Herhangi bir devre
Şekil 4.1’deki devrede her iki kapalı yola da Kirchhoff’un gerilim yasası uygulanırsa aşağıdaki
sonuçlar bulunur:
-VK+VR1+VR2=0
-VR2+VR3+VR4=0
4.2.2. Kirchhoff’un Akım Yasası
Herhangi bir düğüme giren akımların toplamı, düğümden çıkan akımların toplamına eşittir.
Şekil 4.1’deki devrenin a ve b düğümlerine Kirchhoff’un akım yasası uygulanırsa aşağıdaki
sonuçlar bulunur:
IR1-IR2-IR3=0
IR3-IR4=0
27
4.2.3. Bir Kaynaktan Maksimum Güç Çekme
Şekil 4.2: Bir doğru akım kaynağının iç yapısı ve bu kaynağa bağlanmış bir direnç
Şekil 4.2’deki gibi bir devrede kaynağın uçlarına (yani A ve B uçlarına) bağlı yükün (yani RY
direncinin) maksimum güç çekebilmesi için; RY direncinin değerinin, doğru akım kaynağının
iç direncine (yani Riç’e) eşit olması gerekir. Bu durumda kaynağın iç direncinde kaybolan güç
ile yüke aktarılan güç birbirine eşit olacağından verim %50 olur.
4.3. Deney n Yapılışı
Gerekli Malzemeler:
1. Delikli panel (bread board) 2. Multimetre 3. D.A. güç kaynağı 4. Dört adet 1kΩ’luk direnç 5. Bir adet 1kΩ’luk ayarlı direnç (potansiyometre) 4.3.1. Kirchhoff’un Gerilim Yasası Deneyi:
Şekil 4.3 Kirchhoff deneyleri için kurulacak devre
1. Şekil 4.3’teki devreyi delikli panel üzerine kurunuz.
28
2. Multimetre kullanarak, devredeki tüm dirençlerin üzerindeki gerilimi ölçüp, Tablo 4.1’e
yazınız. Tablo 4.1:
Ölçülen Değerler
VR1=
VR2=
VR3=
VR4=
3. Tablo 4.1’deki değerleri kullanarak, Kirchhoff’un gerilim yasasını uygulayınız.
4.3.2. Kirchhoff’un Akım Yasası Deneyi:
1. Yine Şekil 4.3’teki devrede multimetre kullanarak, dirençlerden akan akımları ölçüp,
Tablo 4.2’ye yazınız.
Tablo 4.2:
Ölçülen Değerler
IR1=
IR2=
IR3=
IR4=
2. Tablo 4.2’deki değerleri kullanarak, Kirchhoff’un akım yasasını uygulayınız.
4.3.3. Bir Kaynaktan Maksimum Güç Çekme Deneyi:
Şekil 4.4: Bir kaynaktan maksimum güç çekme deneyi için kurulacak devre
1. Şekil 4.4’teki devreyi delikli panel üzerine kurunuz.
29
2. Yük direnci olan ayarlı direnç 1kΩ’a ayarlıyken, ayarlı dirençten akan akımı ve ayarlı
direnç üzerindeki gerilim düşümünü ölçüp, Tablo 4.3’ e yazınız.
3. Ayarlı direnç 800Ω’a ayarlıyken, ayarlı dirençten akan akımı ve ayarlı direnç
üzerindeki gerilim düşümünü ölçüp, Tablo 4.3’ e yazınız.
4. Ayarlı direnç 600Ω’a ayarlıyken, ayarlı dirençten akan akımı ve ayarlı direnç üzerindeki
gerilim düşümünü ölçüp, Tablo 4.3’ e yazınız.
5. Ayarlı direnç 400Ω’a ayarlıyken, ayarlı dirençten akan akımı ve ayarlı direnç üzerindeki
gerilim düşümünü ölçüp, Tablo 4.3’ e yazınız.
6. Ayarlı direnç 200Ω’a ayarlıyken, ayarlı dirençten akan akımı ve ayarlı direnç üzerindeki
gerilim düşümünü ölçüp, Tablo 4.3’ e yazınız.
7. Ayarlı direnç 100Ω’a ayarlıyken, ayarlı dirençten akan akımı ve ayarlı direnç üzerindeki
gerilim düşümünü ölçüp, Tablo 4.3’ e yazınız.
Tablo 4.3:
Yük
Direnci
(Ohm)
Yük
Gerilimi
(Volt)
Yük Akımı
(Amper)
Yüke
Aktarılan
Güç (Watt)
1000Ω
800Ω
600Ω
400Ω
200Ω
100Ω
8. Tablo 4.3’ deki gerilim ve akım değerlerini çarparak, yüke aktarılan güç değerlerini
hesaplayınız. 4.4. Raporda İstenenler
1. Kirchhoff deneylerinde istenenleri hesaplayınız ve ölçülen değerlerle karşılaştırınız.
2. Maksimum güç deneyinde elde edilen güç değerlerine bakarak, kaynaktan maksimum
güç çekmek için ayarlı direncin değerinin kaç ohm olması gerektiğini ya da hangi
aralıkta olduğunu yazınız.
30
5. DENEY-5: THEVENIN, NORTON ve SÜPER POZİSYON TEOREMLERİNİN
İNCELENMESİ
5.1. Hazırlık Çalışması
1. Bağımlı ve Bağımsız kaynak nedir? Araştırnız.
2. Thevenin ve Norton Teoremleri devrelerde ne amaçla kullanılır? Araştırınız
3. Bir devrede Norton Akımı ve Thevenin Gerilimi nasıl bulunur? Araştırınız.
5.2. Açıklayıcı B lg ler
5.2.1. Thevenin Teoremi
Thevenin Teoremi, herhangi bir elektrik devresinin belirli bir bölümünün, bir gerilim kaynağı
ve buna seri bağlı bir direnç şeklinde basitleştirilmiş bir eşdeğeriyle gösterilmesidir. Bu basit
olarak Şekil 5.1’deki gibidir.
Şekil 5.1: Bir devrenin Thevenin eşdeğeri
5.2.2. Norton Teoremi
Norton Teoremi, herhangi bir elektrik devresinin belirli bir bölümünün, bir akım kaynağı ve
buna paralel bağlı bir direnç şeklinde basitleştirilmiş bir eşdeğeriyle gösterilmesidir. Bu basit
olarak Şekil 5.2’deki gibidir.
Şekil 5.2: Bir devrenin Norton eşdeğeri
31
5.2.3. Süper Pozisyon (Toplamsallık) Teoremi
Birden çok bağımsız kaynağın bulunduğu elektrik devrelerinde herhangi bir yerden akan
akımın veya herhangi bir kısımdaki gerilimin değeri, bağımsız kaynakların her birinin teker
teker yapmış oldukları etkilerin toplamına eşittir. Bu kural şu şekilde uygulanır:
1. Devredeki bağımsız kaynaklardan birisi seçilip, diğer bağımsız kaynaklar susturulur.
Yani, gerilim kaynakları kısa devre, akım kaynakları açık devre yapılır.
2. Elde edilen devrede istenilen değerler (akım veya gerilim) bulunur.
3. Bu işlem sırasıyla her bağımsız kaynak için tekrarlanır.
4. Her devrede elde edilen değerler (akım veya gerilim), yönleri de dikkate alınarak
toplanır.
5.3. Deney n Yapılışı
Gerekli Malzemeler:
1. Delikli panel (Bread Board)
2. Multimetre
3. D.a. güç kaynağı
4. Çeşitli dirençler (üç adet 1kΩ’luk ve bir adet 2,2kΩ’luk)
5.3.1. Thevenin Deneyi:
Şekil 5.3 Thevenin ve Norton deneyi için kurulacak devre
1. Şekil 5.3’teki devreyi delikli panel üzerine kurunuz.
2. A-B uçlarından sola doğru görülen devrenin Thevenin eşdeğerini elde etmek amacıyla
ilk olarak R4 direnci için bir yön seçiniz.
3. R4 direncini devreden çıkarıp, A-B uçları arasına (seçtiğiniz yöne göre) multimetre
bağlayarak VTh gerilimini ölçünüz ve Tablo 5.1’e yazınız.
32
4. Gerilim kaynağını devreden çıkarıp, devrenin boşta kalan uçlarını bir atlama kablosuyla
kısa devre yapınız. Devre bu durumdayken, A-B uçlarından sola doğru görülen direnç
değerini (RTh) A-B uçlarına multimetre bağlayarak ölçünüz ve Tablo 5.1’e yazınız.
Tablo 5.1:
Ölçülen değerler
VTh=
RTh=
5. Ölçtüğünüz değerleri ve R4 direncini (yani yük direncini) kullanarak, devrenin A-B
uçlarından görülen Thevenin eşdeğerini çiziniz.
6. Gerilim kaynağını tekrar devreye bağlayınız. Multimetre kullanarak, VR4 ve IR4
değerlerini daha önce seçtiğiniz yöne göre ölçünüz ve Tablo 5.2’ye yazınız.
Tablo 5.2:
Ölçülen değerler
VR4=
IR4=
5.3.2. Norton Deneyi:
1. Yine Şekil 5.3’teki devreyi delikli panel üzerine kurunuz.
2. Thevenin direnci (RTh) ile Norton direnci (RN) aynı olduğundan daha önce ölçerek
bulduğunuz Thevenin direncinin değerini Tablo 5.3’e yazınız.
3. A-B uçlarından sola doğru görülen devrenin Norton eşdeğerini elde etmek amacıyla ilk
olarak R4 direnci için bir yön seçiniz.
4. R4 direncini devreden çıkarıp, A-B uçları arasına (seçtiğiniz yöne göre) multimetre
bağlayarak IN akımını ölçünüz ve Tablo 5.3’e yazınız.
Tablo 5.3:
Ölçülen değerler
IN=
RN=
5. Ölçtüğünüz değerleri ve R4 direncini (yani yük direncini) kullanarak, devrenin A-B
uçlarından görülen Norton eşdeğerini çiziniz.
6. Gerilim kaynağını tekrar devreye bağlayınız. Multimetre kullanarak, VR4 ve IR4
değerlerini daha önce seçtiğiniz yöne göre ölçünüz ve Tablo 5.4’e yazınız.
Tablo 5.4:
Ölçülen değerler
VR4=
33
IR4=
5.3.3. Süper Pozisyon Deneyi:
1. Şekil 5.4’teki devreyi delikli panel üzerine kurunuz.
2. 3V’luk gerilim kaynağını devreden çıkarıp, devrenin boşta kalan uçlarını bir atlama
kablosuyla kısa devre yapınız.
3. Bu durumda R2 direncinden akan akımı ve R2 direnci üzerinde düşen gerilimi ölçüp,
Tablo 5.5’e yazınız. Şekil 5.4 Süper pozisyon deneyi için kurulacak devre
Tablo 5.5:
Ölçülen değerler
VR2'=
IR2'=
4. 3V’luk gerilim kaynağını devreye bağlayınız.
5. 9V’luk gerilim kaynağını devreden çıkarıp, devrenin boşta kalan uçlarını bir atlama
kablosuyla kısa devre yapınız.
6. Bu durumda R2 direncinden akan akımı ve R2 direnci üzerinde düşen gerilimi ölçüp,
Tablo5.6’ya yazınız.
Tablo 5.6:
Ölçülen değerler
VR2''=
IR2''=
7. 9V’luk gerilim kaynağını devreye bağlayarak, devreyi ilk haline getiriniz.
8. Bu durumda R2 direncinden akan akımı ve R2 direnci üzerinde düşen gerilimi ölçüp,
Tablo5.7’ye yazınız.
Tablo 5.7:
Ölçülen değerler
VR2=
IR2=
9. Tablo 5.5 ve Tablo 5.6’daki değerleri yönlerini de dikkate alarak toplayıp,
Tablo5.7’deki değerlerle karşılaştırınız.
34
5.4. Raporda İstenenler
1. Thevenin ve Norton deneylerinde istenenleri hesaplayınız ve ölçülen değerlerle
karşılaştırınız.
2. Süper Pozisyon deneylerinde istenenleri hesaplayınız ve ölçülen değerlerle
karşılaştırınız.
35
6. DENEY-6: DOĞRU AKIM KÖPRÜLERİ
6.1. Hazırlık Çalışması
1. Orta değerli direnç ne demektir? Bir direncin orta değerli olması için değeri hangi
aralıkta olmalıdır?
2.
Galvanometre nedir? Nerelerde kullanılmaktadır?
3. Doğru akım köprüsü pratikte neden tam olarak dengeye getirilemez? Açıklayınız.
4.
Küçük değerli dirençler neden dört uçlu olarak imal edilirler? Açıklayınız.
6.2. Açıklayıcı B lg ler
6.2.1. Wheatstone Köprüsü
Wheatstone köprüsü ile değeri bilinmeyen orta değerli dirençler, değeri bilinen dirençlerle
karşılaştırılarak ölçülürler. Şekil 6.1’de görülen köprünün yapılışı şu şekildedir:
I1
I3
R3
Rx
Rg
Ig
V
I2
I4
R2
Şekil 6.1: Wheatstone köprüsü
1. Rx ölçülmek istenen dirençtir.
2. R2 ve R3 dirençleri sabit değerlidirler.
3. Köprü R4 değişken direnci ile dengeye getirilir.
4. Köprü dengeye geldiğinde C ve D düğümlerinin potansiyeli A ve B düğümüne göre
aynıdır.
5. Köprü dengede iken iç direnci Rg olan galvanometreden akım akmaz. Bu
36
durumda dirençlerden geçen akımlar (1, 2) numaralı eşitliklerdeki gibidir. (1)
(2)
6. Rx direnci (3-8) numaralı eşitlikler kullanılarak hesaplanır
Ölçüm yaparken eşitlik (8) tam olarak sağlanmaz. Bunun nedenleri şunlardır:
7. Galvanometreden geçen akım galvanometrenin alt ölçme sınırlarının altına düşerse,
galvanometre bu akımı göstermez. Köprüyü dengeye getirirken galvanometrenin sapma
yapmaması, ancak içerisinden geçen akımın ölçme sınırından daha küçük olduğunu
gösterir. Her ölçü aletinin bir belirsizliği olacağın göre devrenin tam denge şartını
ölçmek oldukça zordur.
8. Köprü R4 değişken direnci yardımıyla dengeye sokulmaktadır. Denge koşuluna çok
yaklaşıldığında R4 direncinin değerinin bir kademe (1 Ω veya 0,1 Ω) değiştirilmesi ile
galvanometreden geçen akım yön değiştirmektedir. Şekil 6.2’de bu durum denge koşulu
için gerekli direnç değişiminin iki kademe arasında olduğunu gösterir. Yeterince küçük
değerli dirençlerin laboratuvarda olmayışından dolayı köprü dengeye sokulamaz. Bu
durumda köprüyü dengeye getirecek direnç değeri (9) ile hesaplanır.
(9)
37
Şekil 6.2: Direnç Değişimi
6.2.2. Thomson Köprüsü
Wheatstone köprüsüyle küçük direçleri ölçerken kullanılan bağlantıların direçleri ölçü
sonucuna etki etmektedir. Bu nedenle küçük değerli direçler (1 Ω’un altında) Şekil 6.3’de
görülen Thomson Köprüsü ile ölçülürler. Bu köprü ile mikro ohm büyüklüğünde dirençler
ölçülebilmektedir. Küçük değerli dirençler bağlama noktalarındaki belirsiz geçiş dirençlerinin
etkisini ortadan kaldırmak için dört uçlu olarak imal edilirler. Denge durumunda (10-13)
numaralı eşitlikler geçerlidir.
(10)
(11)
(12)
(13)
Şekil 6.3: Thomson Köprüsü
38
ve
alınması koşulı ile (12) ve (13) eşitlikleri birbirlerine oranlanırsa
elde edilir.
6.3. Deney n Yapılışı ve Raporda İstenenler
6.3.1. Wheatstone Köprüsü
1. R ve R dirençlerini 1000 Ω alarak köprüyü kurunuz. Galvanometreyi en duyarsız
konuma
getiriniz.
Değişken
dirence
büyük
bir
değer
vererek
(R
∞)
galvanometrenin sapış yönüne dikkat ediniz. Değişken dirence küçük bir değer vererek
(R
0) diğer yönde sapmayı sağlayınız. Aranan değer bu iki değer arasındadır. Aynı
şekilde değişken dirence bir büyük bir küçük değer vererek denge şartını oluşturan
değerin bulunduğu bölgeyi daraltınız. Her değer verirken direnç değerlerini ve sapma
açılarını not alınız. Denge koşuluna yaklaştıkça galvanometrenin duyarlılığını artırınız.
2. Bulduğunuz değerin hatasını hesaplayınız.
6.3.2. Thomson Köprüsü
1. Bu deneyde bir iletkenin özgül direnci ölçülecektir. İletken iki nokta arasında düzgün
olarak tutturulmuştur. Bu iki nokta dört uçlu direncin akım uçlarını oluşturur. Akım
uçları arasında ve birbirinden L uzaklıkta bulunan iki nokta gerilim uçları olarak
adlandırılmıştır. İletkenin ölçülecek direnci Rx bu iki nokta arasındaki dirençtir. İki
gerilim ucu arasındaki uzaklık L ve telin çapı d’yi doğru olarak ölçünüz.
2. Şekil 6.3’ deki devreyi kurunuz ve
olarak =
=
= 100 Ω olarak alınız. Başlangıç değeri
= 100 Ω olarak seçiniz.
3. Galvanometreyi duyarsız konuma getiriniz ve R ön direnci için büyük bir değer seçerek
devreden geçen akımı sınırlayınız. Gerilim kaynağını devreye soktuktan sonra R
direncini küçülterek devreden yaklaşık 500 mA akmasını sağlayınız.
ve
dirençlerinin değerleri aynı kalacak şekilde değiştirerek köprüyü dengeye sokunuz.
4. Telin direnci bulunduktan sonra aşağıdaki eşitlikle özgül direnci bulunuz.
39
5. Bulduğunuz değerin hatasını hesaplayınız.
40
7. DENEY-7: D. A. DEVRELERİNDE GEÇİCİ DURUMLARIN İNCELENMESİ
7.1. Hazırlık Çalışması
1. Doğru akım devrelerinde geçici durum ne demek? Açıklayınız.
2. Ne tür elektrik devrelerinde geçici durumlardan söz edilebilir? Açıklayınız.
3. Yükselme zamanı ne demektir? Açıklayınız.
7.2. Açıklayıcı B lg ler
7.2.1 RC Devresinde Geçici Durum
Sistemlerin bir sürekli durumdan ikinci bir sürekli duruma geçerken gösterdikleri davranışlara
geçici olaylar adı verilir. Şekil 7.1’de verilen seri RC devresinde, S anahtarı açıkken C sığacı
tümüyle yüksüzdür. t=0 anında S anahtarı kapatıldığında devreden belirtilen yönde ve zamanla
değişen bir i(t) akımı akmaya başlar.
Şekil 7.1: Seri bağlı RC devresinde geçici durum
Devreye Kirchoff gerilim yasası uygulanırsa aşağıdaki eşitlik elde edilir.
1
.
.
Buradan akım ifadesi bulunmak istenirse;
.
/
elde edilir. Akım eşitliğinden yararlanılarak direnç ve kondansatör üzerindeki gerilim
bağıntıları aşağıdaki biçimde yazılabilir.
.
.
1
. 1
41
/
/
i(t), VR(t) ve VC(t) ‘nin zamanla değişimleri, sırasıyla Şekil 7.2 (a), Şekil 7.2 (b)’de sunulmuştur.
Şekil 7.2: i(t), VR(t) ve VC(t) ‘nin zamanla değişimleri
Bulunan eşitlikler yardımıyla direnç ve kondansatör için güç bağıntıları:
.
.
.
.
Güç bağıntılarının zamana bağlı olan değişim biçimleri Şekil 7.3’te sunulmuştur.
Şekil 7.3: RC devresinde direnç ve kondansatör güçlerinin zamanla değişimi
7.2.2. RL Devresinde Geçici Durum
Eşdeğer devresi Şekil 7.4’te verilen seri bir RL devresinde S anahtarı kapatıldığı anda sabit bir
gerilim uygulanmaktadır.
42
Şekil 7.4: Seri bağlı RL devresinde geçici durum
Bu devreye Kirchoff gerilim yasası uygulanırsa aşağıdaki eşitlik elde edilir.
di
E R∙i t L∙
dt
Bu eşitlik çözümlendiğinde akımın zamanla değişimi;
.
.
olarak bulunur. Akım bağlantısından yararlanılarak direnç ve bobin gerilimlerinin değişimleri
hesaplanabilir.
.
.
. 1
.
.
.
.
i(t), VR(t) ve VL(t) ‘nin zamanla değişimleri, sırasıyla Şekil 7.5(a), Şekil 7.5(b)’te sunulmuştur.
Şekil 7.5: i(t), VR(t) ve VL(t) ‘nin zamanla değişimleri
Direnç ve indüktansa ilişkin güçlerin zaman ile değişimi;
. 1
2.
.
.
43
.
.
.
Bu iki güç bağıntısında toplam gücün zamanla değişimi elde edilir
. 1
.
Güç bağıntılarının zamanla değişimleri Şekil 7.6’da sunulmuştur.
Şekil 7.6: RL devresinde direnç ve bobin güçlerinin zamanla değişimi
7.3. Deney n Yapılışı ve Raporda İstenenler
7.3.1. RC Devresi
Şekil 7.7: RC Devresi Devreye gerilim kaynağı olarak sinyal jeneratörü bağlayınız. Sinyalin biçimini kare dalga,
frekansını 1kHz, üst gerilim değerini 5V, alt gerilim değerini 0V’ a ayarlayınız.
Osiloskobun birinci kanalını A noktasına bağlayarak kaynağın ürettiği sinyali, ikinci kanalını B
noktasına bağlayarak kondansatörün gerilimi gözlemleyiniz. Ölçekli olarak çiziniz. Gerilim değerlerini
yazınız.
44
Direncin gerilimini gözlemleyiniz. Ölçekli olarak çiziniz. Gerilim değerlerini yazınız.
7.3.2. RL Devresi
Şekil 7.8: RC Devresi
Devreye gerilim kaynağı olarak sinyal jeneratörünü bağlayınız. Sinyalin biçimini kare dalga frekansını
1kHz, üst gerilim değerini 5 V alt gerilim değerini 0 V ayarlayınız.
Osiloskobun birinci kanalını pozitif kutpa bağlayarak kaynağın ürettiği sinyali, ikinci kanalını negatif
kutpa bağlayarak bobinin gerilimini gözlemleyiniz. Ölçekli olarak Tablo 7. 3’e çiziniz. Gerilim
değerlerini yazınız. Direncin gerilimini gözlemleyiniz. Ölçekli olarak çiziniz. Gerilim değerlerini
yazınız.
45
Download
Random flashcards
canlılar ve enrji ilişkileri

2 Cards oauth2_google_d3979ca9-59f8-451c-9cf7-08c5056d5753

Merhaba

2 Cards oauth2_google_861773e1-0890-4522-834a-6a5babb58e76

En Mimar Architecture LTD ŞTİ XD

2 Cards asilyasar069

KIRIHAN GÜMÜŞ DEDEKTÖR

6 Cards oauth2_google_49cd8e53-7096-4be6-ba73-4ff7e4195b4b

Create flashcards