Selçuk Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Elektrik Elektronik Mühendisliği

(1)

Selçuk Üniversitesi Teknoloji Fakültesi

Elektrik – Elektronik Mühendisliği

Devre Analizi – 1 (DC Analiz)

Laboratuvar Deney Föyü

Ders Sorumlusu: Dr. Öğr. Üyesi Hakan Terzioğlu Arş. Gör. Osman Özer

Konya – 2021

(2)

2

(3)

3

Devre Analizi-1 Laboratuvar Kuralları

1. Deneyler iki haftada bir, aşağıdaki programda belirtilen gün ve saatlerde 4. kat 413 numaralı laboratuvarda yapılacaktır.

2. Dersle ilgili duyurular fakülte sitesi üzerinden yapılacaktır.

3. Devamsızlık hakkı 1 deneydir.

4. Her öğrenci programda belirtilen gün ve saatte laboratuvara girecektir. Kendi grubu dışındaki herhangi bir grupla deneye girmesi söz konusu değildir.

5. Laboratuvara programda belirtilen saatte gelmek zorunludur. 5 dakikadan daha geç gelenler deneye alınmayacaktır.

6. Laboratuvara gelirken deney föyü ve hesap makinesi getirmeyi unutmayınız. Her öğrenci kendi deney föyü ile gelmeli ve deney uygulamalarını föy üzerindeki ilgili alanlara doldurmalıdır. Föyü olmayan öğrenci deneye alınmayacaktır (Notlandırmada dikkate alınacaktır).

7. Laboratuvara gelmeden önce deney föyünü okuyunuz. Ön çalışmaları tamamlayıp herhangi bir devre simülasyonu programı kullanarak elde ettiğiniz sonuçları içeren bir raporu deneyde teslim etmeniz gerekmektedir. Simülasyon programındaki sonuçları ekran görüntüsü olarak rapora ekleyebilirsiniz.

8. Laboratuvarda yapılan uygulamalar, başarı notu olarak değerlendirilecektir.

9. Geçerli bir mazeretle deneye katılmayan öğrenci gerekli rapor, izin vb. belgelerle laboratuvar sorumlusuna en kısa zamanda başvurmalıdır.

Devre Analizi-1 Laboratuvar Ders Saatleri

Normal Öğretim İkinci Öğretim

Deney No Grup No Tarih Saat Deney No Grup No Tarih Saat

Deney 1

Grup 1 7.10.2021 15:40

Deney 1

Grup 5 7.10.2021 19:10 Grup 2 7.10.2021 16:20 Grup 6 7.10.2021 20:00 Grup 3 14.10.2021 15:40 Grup 7 14.10.2021 19:10 Grup 4 14.10.2021 16:20 Grup 8 14.10.2021 20:00

Deney 2

Grup 1 21.10.2021 16:20

Deney 2

Deney 3

Grup 1 11.11.2021 15:40

Deney 3

Deney 4

Grup 1 9.12.2021 16:20

Deney 4

Deney 5

Grup 1 23.12.2021 15:40

Deney 5

(4)

4

Deney Listesi

Deney 1a: Seri – Paralel Bağlı Devrelerde Akım – Gerilim İlişkilerinin İncelenmesi ... 4

Deney 1b: Yüklü ve Yüksüz Gerilim Bölücülerin Çalışma ve Özelliklerinin İncelenmesi ... 6

Deney 2: Süper Pozisyon Teoreminin İncelenmesi ... 8

Deney 3: Thevenin ve Norton Teoreminin İncelenmesi ... 10

Deney 4: DC Devrelerde Kapasite Elemanlarının İncelenmesi ... 13

Deney 5: Maksimum Güç Transferi Teoreminin İncelenmesi ... 15

(5)

5 Dirençler İçin Renk Kodları:

Renk Sayı Çarpan Tolerans

Siyah 0 1

Kahverengi 1 10

Kırmızı 2 10²

Turuncu 3 10³

Sarı 4 10⁴

Yeşil 5 10⁵

Mavi 6 10⁶

Mor 7 10⁷

Gri 8 10⁸

Beyaz 9 10⁹

Altın 10^-1 %5

Gümüş 10^-2 %10

Renksiz %20

27x10⁴= 270.000 Ω = 270KΩ %10 672x10⁴= 6.720.000 Ω = 6,72MΩ %10

(6)

6 Deney No: 1a

Konu: Seri – Paralel Bağlı Devrelerde Akım – Gerilim İlişkilerinin İncelenmesi

Ön Bilgi:

Bir devrede hem seri hem de paralel bağlanmış dirençler varsa, Ohm ve Kirchhoff kanunları birlikte kullanılarak devredeki akım ve gerilimler hesaplanabilir. Aşağıdaki örnekte böyle bir devre gösterilmiştir. (Şekil 1.1)

R2 ve R3 dirençleri birbirleriyle paralel bağlanmışlardır. Bu paralel bağlantı R1 ve R4 dirençleriyle seri bağlıdır. Kanunlar uygulandığında:

Ik = I1 = I4 = I2 + I3 (Kirchhoff Akımlar Yasası) Vk = V1 + V2 + V4 (Kirchhoff Akımlar Yasası) V2 = V3 (Kirchhoff Gerilimler Yasası) Eşitlikleri yazılabilir. Kaynaktan çekilen güç, dirençler üzerinde harcanan güçlerin toplamına eşittir.

Ön Çalışma:

Şekil 1.2’deki devrede kaynaktan çekilen akımı, her bir direnç üzerinden geçen akımı her bir direnç üzerine düşen gerilimi ve devredeki her bir elemanın gücünü ayrı ayrı hesaplayınız ve aşağıdaki tabloyu hesaplanan değerler ile doldurunuz.

Kaynaktan çekilen akım: Ik=…………..

Eleman Gerilim (V) Akım (mA) Güç (mW) R1

R2 R3 R4

Şekil 1.1

Şekil 1.2

(7)

7 Deneyde Kullanılacak Malzemeler:

1 Adet 1KΩ direnç 1 Adet 270Ω direnç 1 Adet 100Ω direnç 1 Adet 2,2KΩ direnç Multimetre

Deneyin Yapılışı:

1. Şekil 1.2’deki devreyi kurunuz.

2. Kurduğunuz devreyi tekrar kontrol ettikten sonra gerilim uygulayınız.

3. Gerekli ölçümleri ve hesaplamaları yaparak aşağıdaki tabloyu doldurunuz.

Not: Multimetreyi gerilim ölçerken gerilim, akım ölçerken akım konumuna almayı unutmayınız.

Eleman Gerilim (V) Akım (mA) Güç (mW)

R1 R2 R3 R4

Sonuç: Kirchhoff’un akım ve gerilim yasası sağlanıyor mu? Gösteriniz.

(8)

8 Deney No: 1b

Konu: Yüklü ve Yüksüz Gerilim Bölücülerin Çalışma ve Özelliklerinin İncelenmesi

Ön Bilgi:

Gerilim bölücüler, dirençlerden oluşan ve genellikle güç kaynağının uçları arasına bağlanan devrelerdir. İsminden de anlaşılacağı gibi belirli bir gerilimden, başka değerlerde gerilimler elde etmek için kullanılırlar.

Şekil 1.3’te R1 ve R2 dirençlerinden oluşmuş bir gerilim bölücü devresi görülüyor. Bu devreler basit ve ucuz olduklarından, elektrik ve elektronik alanında çeşitli uygulama alanlarına sahiptirler. Güç kaynakları, ses kontrol devreleri gerilim bölücülerin kullanıldığı devrelere örnek verilebilirler.

Bu gerilim bölücü, Vk voltluk bir gerilim kaynağının uçları arasına bağlandığında (Şekil 2.1), çıkış geriliminin değeri (Ohm kanunu kullanılarak):

V(R2) = V0 = IK x R2 IK = VK / (R1+R2)

V0 = (VK x R2) / (R1+R2)

Şekil 1.3’te görülen gerilim bölücü çıkışına herhangi bir yük bağlanmamış olduğu için, bu tip devrelere yüksüz gerilim bölücü adı verilir.

Çıkışa yük bağlandığında, devre Şekil 1.4’teki durumu alır ve yüklü gerilim bölücü olarak isimlendirilir.

V0 = [VK x (R2 // RL)] / [R1 + (R2 // RL)]

olarak formüle edilir.

R2//RL değeri R2 değerine ne kadar yakın olursa, bölücü o kadar yüksüz durumdayken gibi çalışma koşullarına yakın (yani az yüklenmiş) demektir.

R2//RL değerinin R2 değerine yakın olabilmesi için de RL>>R2 olmalıdır.

Akımlar açısından durum değerlendirilirse, IR1 akımı A noktasında iki kola ayrılmaktadır: R2 ve RL dirençlerinin arasındaki ters orantıya göre üzerlerinden geçen akım belirlenecektir.

Şekil 1.3

Şekil 1.4

(9)

2 Adet 1KΩ direnç 1 Adet 2,2KΩ direnç 1 Adet 100KΩ direnç Multimetre

1. Devreyi Şekil 1.5’teki gibi kurunuz.

2. Kurduğunuz devreyi tekrar gözden geçirdikten sonra gerilim uygulayınız.

3. V0 gerilimini ölçünüz. V0=………

4. Şekil 1.5’teki devrede çıkışa (R2 direncine paralel) 2,2KΩ değerinde bir yük direnci bağlayınız. Bu durumda V0’ gerilimini ölçüp, not ediniz. V0’=………

5. Şekil 1.5’teki devrede çıkışa (R2 direncine paralel) 100KΩ değerinde bir yük direnci bağlayınız. Bu durumda V0’’ gerilimini ölçüp, not ediniz. V0’’=………

Sonuç: V0 geriliminin paralel bağlanan dirence göre nasıl değiştiğini açıklayınız.

Şekil 1.5

(10)

10 Deney No: 2

Konu: Süper Pozisyon Teoreminin İncelenmesi

Ön Bilgi:

Birden fazla kaynak içeren bir devre göz önüne alındığında; bu kaynakların devre üzerindeki toplam etkisi her bir kaynağın tek başına meydana getirdiği etkilerin toplamına eşittir. Buna süper pozisyon teoremi denir. Tek bir kaynağın etkisi incelenirken, o kaynağın dışındaki kaynaklar etkisiz hale getirilir (akım kaynakları açık devre, gerilim kaynakları ise kısa devre).

Tek tek her bir kaynağın etkisi elde edildikten sonra bu etkiler toplanarak tüm kaynakların toplam etkisi elde edilir.

Şekil 2.1’deki devrede gerilim kaynakları ve dirençlerin eşdeğer olduğunu varsayarak R2 direnci üzerindeki gerilim için;

R1=R2=R3=R ve Vs1=Vs2=V VR2= 2V/3 olarak elde edilir.

Süper pozisyon tekniğini inceleyebilmek için öncelikle ilk kaynağın devre üzerinde etkisini görelim. İkinci kaynak bağımsız bir gerilim kaynağı olduğundan bu durumda kısa devre olacaktır.

Devre analiz edilecek olursa;

VR2’=V/3 olarak elde edilir.

Devre analiz edilecek olursa;

VR2’’=V/3 olarak elde edilir.

Süper pozisyon teoremine göre VR2=VR2’+VR2’’ olduğundan V/3+V/3=2V/3 olarak elde edilir ki, bu sonuç yukarıda yapılan ilk çözüm ile aynıdır. Elde edilen bu sonuçlar süper pozisyon teoreminin doğruluğunu göstermektedir.

Şekil 2.1

Şekil 2.2

Şekil 2.3

(11)

1 Adet 1KΩ direnç 1 Adet 2,2KΩ direnç 1 Adet 3,3KΩ direnç 1 Adet 3,9KΩ direnç 1 Adet 4,7KΩ direnç Multimetre

Deney’in Yapılışı:

1. Şekil 2.4’te verilen devreyi kurunuz.

2. Vs1 aktif iken (Vs2 devrede değil ve uçları kısa devre iken) akım ve gerilim değerlerini ölçüp Tablo 3.1’e kaydediniz.

3. Vs2 aktif iken (Vs1 devrede değil ve uçları kısa devre iken) akım ve gerilim değerlerini ölçüp Tablo 3.2’ye kaydediniz.

4. Vs1 ve Vs2 aktif iken akım ve gerilim değerlerini ölçüp Tablo 3.3’e kaydediniz.

5. 2. ve 3. maddelerde elde edilen değerlerin toplamlarının 4. maddede elde edilen değerleri verip vermediğini kontrol ediniz.

Vs1=12V Vs2=5V R1=1KΩ R2=2,2KΩ R3=3,3KΩ R4=3,9KΩ R5=4,7KΩ Tablo 2.1

VR1(V) VR2(V) VR3(V) VR4(V) VR5(V) I1(mA) I2(mA) I3(mA) I4(mA) I5(mA) Hesap

Ölçüm

Tablo 2.2

Ölçüm

Tablo 2.3

Ölçüm

Şekil 2.4

(12)

12 Deney No: 3

Konu: Thevenin ve Norton Teoremlerinin İncelenmesi

Ön Bilgi:

Thevenin Teoremi

Thevenin teoremine göre iki uçlu karmaşık bir devre gerilim kaynağıyla seri bağlı bir dirence (empedansa) indirgenebilir. Böylece devrelerin analizinde kolaylık sağlanmış olur.

Şekil 3.1’deki I(RL) akımı bulunmak istenirse önce RL yükü yok sayılır. Şekil 3.1’de A-B uçları arasındaki gerilim Ohm ve Kirchhoff kanunları kullanılarak bulunur. Bu gerilim Thevenin gerilimidir ve Vth ile gösterilir (Şekil 3.2). Thevenin gerilimi bulunduktan sonra V1 gerilim kaynağı kısa devre edilir ve devrenin A-B uçlarından görülen direnci hesaplanır (Şekil 3.3). Bu direnç Thevenin direnci (Rth) olarak isimlendirilir. Bu durumda Şekil 3.1’deki devrenin eşdeğeri Şekil 3.4’teki gibi olur. Bu devreye Thevenin eşdeğer devresi denir. A-B uçları arasında yük direnci, RL, bağlandığında üzerinden geçen akımın hesabı Ohm kuralı kullanılarak kolayca yapılabilir.

Norton Teoremi

Devre çözümlerinde kolaylaştırıcı bir diğer teorem de Norton teoremidir. Buna göre; eşdeğer devre bir akım kaynağıyla buna paralel bir eşdeğer dirençten (empedanstan) oluşur. Örneğin;

Şekil 3.5’teki devrede I(RL) akımı bulunmak istendiğinde, önce RL direnci yerinden çıkarılmış varsayılır (Şekil 3.6). Sonra A-B uçları arası kısa devre edilerek buradan geçecek akım hesaplanır (Şekil 3.7). Bu akım (IN), Norton akımıdır. Norton akımı bulunduktan sonra gerilim kaynağı, V1 kısa devre edilir ve devrenin A-B uçlarından görülen direnci hesaplanır (Şekil 3.8).

Şekil 3.1 Şekil 3.2

Şekil 3.3

.3

Şekil 3.4

(13)

13

Bu durumda Şekil 3.5’teki devrenin Norton eşdeğeri Şekil 3.9’daki gibi olur. Bu devreye Norton eşdeğer devresi denir. A-B uçları arasına RL yük direnci bağlandığında üzerinden geçecek akımın hesabı kolayca yapılabilir.

Deneyde Kullanılacak Malzemeler:

1 adet 1KΩ direnç 1 adet 2,2KΩ direnç 2 adet 10KΩ direnç Multimetre

Thevenin Teoreminin İncelenmesi:

1. Devreyi Şekil 3.10’daki gibi kurunuz.

2. Kurduğunuz devreyi tekrar gözden geçirdikten sonra gerilim uygulayınız. RL direnci üzerinden geçen akım ve gerilimi ölçüp not ediniz.

V(RL)=………. I(RL)=……….

Şekil 3.5 Şekil 3.6

Şekil 3.7 Şekil 3.8

Şekil 3.9

Şekil 3.10

(14)

14

3. Devrenin Thevenin eşdeğerini bulmak için RL direncini yerinden çıkarıp Thevenin gerilimini ölçünüz ve not ediniz.

Vth=……….

4. V1 gerilim kaynağını devreden çıkarıp yerine kısa devre elemanı bağlayınız ve Thevenin direncini ölçünüz ve not ediniz.

Rth=……….

5. Thevenin eşdeğer devresini çizip, gerilim ve direnç değerlerini devre üzerinde belirtiniz.

Elde ettiğiniz Thevenin eşdeğer devresinin uçları arasına RL direncini ekleyerek üzerinden geçen akımı ve üzerine düşen gerilimi hesaplayınız. Ölçtüğünüz değerlerle karşılaştırınız. Thevenin değeri sağlanıyor mu?

Norton Teoreminin İncelenmesi

1. Şekil 3.10’daki devrenin Norton eşdeğerini bulmak için RL direncini çıkarıp kısa devre ediniz. (Şekil 3.11)

2. IN kısa devre akımını ölçüp not ediniz.

IN=……….

3. Devrenin eşdeğer direncini ölçüp not ediniz.

Rth=……….

4. Bulduğunuz değerlere göre devrenin norton eşdeğer devresini çizip değerleri üzerinde gösteriniz.

Şekil 3.11

(15)

15 Deney No:4

Konu: DC Devrelerde Kapasite Elemanın İncelenmesi

Ön Bilgi:

Kondansatör, elektrik enerjisi depolayabilen bir devre elemanıdır. Bu özelliğinden dolayı, kondansatörler bataryalarla karıştırılmamalıdır. Çünkü, bataryalarda elektrik enerjisi kimyasal yollardan depolandığı halde, kondansatörlerde doğrudan saklanmaktadır.

Dirençlere benzer şekilde, kondansatör de hem seri hem de paralel bağlanabilirler. Fakat, dirençlerdeki durumun tersine, seri bağlandıklarında toplam kapasite azaldığı halde, paralel bağlandıklarında toplam kapasite çoğalmaktadır.

(1/Ct)=(1/C2)/(1/C1) Ct=(C1+C2)/(C1xC2)

Ct=C1+C2

Bir direnç ve kapasiteden oluşan devrede kondansatörün üzerine düşen gerilimin zamana bağlı fonksiyonu:

Vc(t)= E (1 – e^-t/)

=

R x C

bağıntılarıyla hesaplanır. (E: kaynak gerilimi,



: zaman sabiti, R: direnç, C: kapasite) Ön Çalışma

Şekil 4.1’de verilen devrede anahtar 1 konumundayken kapasite şarj olmakta, 2 konumunda iken ise deşarj olmaktadır.

Yukarıda verilen bağıntılar yardımı ile aşağıdaki tabloyu doldurunuz.

t (sn) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Vc (V)

Şekil 4.1

(16)

2 adet 20KΩ direnç

1 adet 470µF kondansatör 1 adet iki kutuplu anahtar Multimetre

Kronometre Deneyin Yapılışı:

1. Devreyi Şekil 4.1’deki gibi kurunuz

2. Kurduğunuz devreyi tekrar gözden geçirdikten sonra gerilim uygulayınız. Gerilim uygulamadan önce anahtarın 2 konumunda olduğunu teyit ediniz.

3. Anahtarı 1 konumuna almadan önce kronometre ve multimetreyi hazır bulundurunuz.

4. Anahtarı 1 konumuna aldıktan sonra kronometreyi başlatınız ve kondansatör üzerine düşen gerilimleri aşağıdaki tabloyu dolduracak şekilde ölçüp not ediniz.

t (sn) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Vc (V)

5. Ön çalışmada bulunan değerler ile ölçümler örtüşüyor mu? Açıklayınız.

(17)

17 Deney No: 5

Konu: Maksimum Güç Transferi Teoreminin İncelenmesi

Ön Bilgi:

İç dirence sahip herhangi bir kaynaktan bir yüke maksimum güç transferi yapılabilmesi için yük empedansı, kaynak iç empedansının kompleks eşleniği olmalıdır. Buna maksimum güç transferi teoremi denir.

Deneyde Kullanılacak Malzemeler:

2 Adet 1KΩ direnç 1 Adet 220Ω direnç 1 Adet 470Ω direnç 1 Adet 680Ω direnç 1 Adet 1,5KΩ direnç 1 Adet 2,2KΩ direnç 1 adet 3,3KΩ direnç Multimetre

1. Şekil 5.1’deki devreyi kurunuz.

2. R1 kaynak iç direnci varsayarak, RL direncinin üzerinden geçen akım ve üzerine düşen gerilimi ölçüp aşağıdaki tabloya not ediniz.

3. Her bir RL direnci üzerinde harcanan gücü hesaplayarak, direnç değerine bağlı olarak yüke aktarılan gücün değişimini gösteren grafiği çiziniz.

Yük Direnci RL (Ω)

Yük Akımı (mA)

Yük Gerilimi (V)

Güç (mW)

220Ω 470Ω 680Ω 1KΩ 1,5KΩ 2,2KΩ 3,3KΩ

Sonuç: Yük direnci üzerinde harcanan gücün nasıl değiştiğini yorumlayınız.

Şekil 5.1