TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
Elektrik Devreleri I Laboratuvarı Deney Kitapçığı
2018-2019 Akademik Yılı Bahar Dönemi
Sorumlu Öğretim Elemanları _______________________________________
Dr. Öğr. Elemanı Timur DÜZENLİ Arş. Gör. Ayşe AYDIN YURDUSEV Arş. Gör. Alişan AYVAZ
Arş. Gör. Birsen BOYLU AYVAZ
Öğrenci Bilgileri Adı Soyadı
Numarası
İmza
❖ Bu deney raporunda yazılan kuralları okudum anladım.
❖ Bu kurallara bağlı kalacağım
❖ Deney raporunu dersi alan öğrencilerden başkasıyla (elden ya da internet üzerinden) paylaşmayacağım
2
Ders İçeriği_____________________________________________________________________________________ 3 Laboratuvar (Deney) Kuralları ______________________________________________________________ 3 Benzetim Programları ________________________________________________________________________ 4 Deney 1. Benzetim Programının Tanıtılması ________________________________________________ 5 a) Deney Öncesi Hazırlıklar (Ön Çalışma) __________________________________________ 5 b) Deneyde Yapılacaklar__________________________________________________________ 7 c) Deney Sonrası Yapılacaklar ____________________________________________________ 7 Deney 2. Ölçü Aletlerinin Tanıtılması _____________________________________________________ 8
a) Genel Bilgi-Ön Çalışma________________________________________________________ 8 b) Deney Öncesi Hazırlıklar ____________________________________________________ 16 c) Deneyde Yapılacaklar _______________________________________________________ 16 d) Deney Sonrası Yapılacaklar __________________________________________________ 17 Deney 3. Kirchoff’un Akım ve Gerilimler Yöntemi _____________________________________ 19
a) Genel Bilgi-Ön Çalışma_______________________________________________________ 19 b) Deneyde Yapılacaklar _______________________________________________________ 20 c) Deney Sonrası Yapılacaklar __________________________________________________ 23 Deney 4. Toplamsallık Yöntemi ___________________________________________________________ 24
a) Genel Bilgi-Ön Çalışma_______________________________________________________ 24 b) Deneyde Yapılacaklar _______________________________________________________ 25 c) Deney Sonrası Yapılacaklar __________________________________________________ 26 Deney 5. Güç Sakınımı ve Maksimum Güç Transferi ___________________________________ 27
a) Genel Bilgi-Ön Çalışma_______________________________________________________ 27 b) Deney Öncesi _______________________________________________________________ 31 c) Deneyde ve Sonrasında Yapılacaklar _________________________________________ 32 Deney 6. Geçici Durum İncelenmesi ______________________________________________________ 35
a) Genel Bilgi-Ön Çalışma_______________________________________________________ 35 b) Deney Öncesi _______________________________________________________________ 38 c) Deneyde Yapılacaklar _______________________________________________________ 38
3 Ders İçeriği
Bu ders laboratuvarda uygulamalı olarak işlenir. Her bir ders için deney tanımlaması yapılır. Her deneyde öğrenci deney raporu ve deneyi gerçekleştirebilme kabiliyeti temel olmak üzere laboratuvardaki davranışları, temel bilgisi, ilgisi gibi parametrelerde ölçülür. 6 deney için 6 ayrı not alınır.
Laboratuvar (Deney) Kuralları
1. Deneye gelmeden önce, ön çalışmayı yapmayan öğrenci deneye alınmaz.
2. Deneylere devamlılık zorunludur. Deneylere devamsızlığı %20’den fazla olan öğrenci devamsızlıktan kalır.
3. Her deneye gelmeden önce deney föyü tamamen okunmalı, ilgili çalışmalar boş bırakılan yerlere ya da ek bir çizgisiz A4 kağıdına yapılmalı, benzetim programı görselleri çıktı alınarak deney raporuna eklenmelidir.
4. Ön çalışma da ya da benzetim çıktısında birbiriyle aynı çalışmayı yapan öğrenciler deneye alınmaz. Tüm deney raporunuz sadece size aittir, bir başkasıyla aynı olmamalıdır.
5. Laboratuvara saatinde gelinmeli ve öğretim elemanı gelmeden laboratuvara girilmemeli kapıda diğer dersleri bölmeyecek şekilde beklenmelidir.
6. Öğrenciler deneye 5 dakika erken geleceklerdir. Geç gelenler deneye alınmayacaktır.
7. Laboratuvara kesinlikle yiyecek ve içecek getirilmemelidir.
8. Laboratuvara gelirken uygun kıyafetler giyilmeli, kolları veya yakası sarkan, cihazlara veya elemanlara değebilecek kıyafetlerden kaçınılmalı, aksesuar kullanılmamalıdır.
9. Çantalar, montlar varsa aksesuarlar askıya asılmalı ve gösterilen yerlere bırakılmalıdır.
10. Deney masasında sadece deney kitapçığı, deney raporu, kalem ve size ait ölçü aleti (multimetre) olmalıdır. Masada asla telefon, cüzdan vb bulunmamalıdır.
11. Deney raporunuzda ilgili soruları cevaplarken önce kitaplardan, ders notlarınızdan bunlar yoksa internette .edu uzantılı sitelerden faydalanabilirsiniz. İnternette bulunan akademik ya da güvenilir olmayan, ödev siteleri gibi sitelerden cevaplar kabul edilemez.
Dönem Sonu Notu Vize
%40 Deneylerin Ortalaması
%70
Yazılı Sınav Vize haftasında
Vize sınavı %30 Final
Final Haftasında yazılı sınav
%60
4
12. Öğretim elemanına ait bilgisayar, öğretim elemanının izni olmadan kesinlikle kullanılmamalıdır.
13. Deney esnasında ciddiyet ve dikkat şarttır. Deneylerde şebeke gerilimi ile çalışma yapıldığı için yapılan hatalarda hasar oluşabilir. Gözetmenden izin almadan yapılan çalışmalarda veya deney konusu dışında yapılacak denemelerden doğacak hasarlarda sorumluluk öğrenciye aittir.
14. Laboratuvarda yüksek sesle konuşulmamalıdır, şarkı söylenmemeli veya şakalaşmamalıdır.
15. Size verilen cihaz ve elemanlara son derece dikkatle yaklaşılmalı hasar görmemeleri için gayret gösterilmelidir.
16. Öğretim elemanı bir başka öğrenciyle ilgilenirken sessizce beklenilmeli, tehlike oluşturabilecek işlemlerden ve gürültü yapmaktan kaçınılmalıdır.
17. Bir başka öğrencinin sözlü sınavı sırasında sessizce beklenmelidir.
18. Deney bitiminde cihazlar kapatılmalı, elemanlar yerine konmalı, masa temizlenmeli ve sandalye yerine bırakılmalıdır. Deney sonrasında ki düzen ve temizlik deney raporunuzda puanlandırılmaktadır.
19. Deney sonrasında, sonraki deney için çalışma yapılmalı, varsa sorular, deneyin olduğu haftadan önce öğretim elemanına sorulmalıdır.
Benzetim Programları
Deneylerde (varsa daha önce kullandığınız) kendinizi yeterli hissettiğiniz bir benzetim programı kullanabilirsiniz. Eğer daha önce bir program kullanmadıysanız Multisim veya Proteus ISIS programlarını kullanabilirsiniz.
Bu programlarla ilgili birkaç belge size sunulmuştur, bunun yanında, Youtube, Google gibi adreslerden yardım alabilirsiniz.
Sorularınız oluşursa deneyden önceki hafta öğretim elemanına başvurabilirsiniz.
5 Deney 1. Benzetim Programının Tanıtılması Deneyin Amacı
Bu deneyde Proteus programına ilişkin giriş bilgileri tarafınıza sunulacak olup, temel kullanım bilgi becerileri edinmeniz hedeflenmektedir.
Önbilgi
Elektrik-elektronik devrelerinde tasarımı yapılan/yapılacak olan bir devrenin çalışmasını gözlemlemek, akım- gerilim değerlerini bulmak, sinyal çıkışını anlamak vb. amaçlarla benzetim çalışması yapılmaktadır. Benzetim (simülasyon), bir devrenin gerçek davranışına benzer olarak, tamamıyla matematiksel hesaplamalara dayalı şekilde devrenin çalışmasının bilgisayar ortamında taklit edilmesidir. Ancak her ne kadar gerçek ortama benzemeye çalışsa da bilgisayar ortamı ideal ortam olduğu için gerçek ölçümlerle arasında çok küçük farklar oluşabilir.
a) Deney Öncesi Hazırlıklar (Ön Çalışma)
1. Aşağıdaki devrede A-B arasındaki eşdeğer direnci hesaplayınız. (Hesaplamayı aşağıdaki boş alana tükenmez kalemle yapınız)
6
2. Aşağıdaki devrede voltmetre ve ampermetre üzerinde görülen değerleri hesaplayınız.
(Hesaplamayı aşağıdaki boş alana tükenmez kalemle yapınız)
3. Aşağıdaki devrede her bir direnç üzerinde görülen gerilim değerlerini ve her bir koldan geçen akım değerlerini hesaplayınız. (Hesaplamayı aşağıdaki boş alana tükenmez kalemle yapınız)
7 b) Deneyde Yapılacaklar
Ön çalışma 1. devreyi laboratuvarda bilgisayara kurunuz. Eşdeğer direnç değerini ohmmeter ile ölçünüz.
Ön çalışma 2. devreyi laboratuvarda bilgisayara kurunuz. Akım ve gerilim değerlerini ölçünüz.
Ön Çalışma 3. devreyi laboratuvarda bilgisayara kurunuz. Akım ve gerilim değerlerini (her birini aynı anda) ölçünüz.
c) Deney Sonrası Yapılacaklar
Aşağıdaki devreyi ,deney sonrasında benzetim programıyla kurunuz. Sinyal kaynağını kare dalga, 1V, 1kHz olarak ayarlayınız. Giriş ve çıkış sinyallerini osiloskop ile gözlemleyiniz. Devre şemasını (deneyde size gösterildiği gibi antetle beraber) ve osiloskop ekran görüntüsünü (deneyde size gösterildiği gibi siyah beyaz) deney raporunuzun en arkasına ekleyerek deneyden sonraki pazartesi günü Saat 13.00-16.00 arası imza karşılığında teslim ediniz.
Hazırlık Deney Deney
Sonrası
Toplam
%30 %45 %25 %100
8 Deney 2. Ölçü Aletlerinin Tanıtılması
a) Genel Bilgi-Ön Çalışma Deneyin Amacı
Breadboard üzerinde devre kurma alışkanlığı kazanmak ve elektrik devrelerindeki akım, gerilim, direnç gibi fiziksel büyüklükleri ölçmeyi öğrenmek
Önbilgi
1.Deney Ekipmanlarının Tanıtılması a) Breadboard
Breadboard, elektrik devrelerinin üzerine kurulmasını sağlayan en temel deney ekipmanıdır. Fotoğraf 1-a ve 1-b’de breadboard’un sırasıyla dıştan ve içten görünümü görülmektedir. Breadboard dıştan, 1-30’a kadar rakamlar ve a-j’e kadar sayılarla satır ve sütun numarası tanımlı, çok sayıda delikten oluşan dışı plastik kaplı bir devre ekipmanıdır. Fotoğraf 1-b’de görülen iç yapısına bakıldığında ise; dıştan görülen delikleri elektriksel olarak birbirine bağlayan birçok metal parçada oluştuğu görülmektedir. Bu parçalar, delikten sokulacak telleri sıkıca yerinde tutacak şekillerde üretilmiş ve plastiğin içerisine sağlamca yerleştirilmişlerdir.
Fotoğraf 1: a) Breadboard’un Dıştan Görünümü, b) Breadboard’un İç Yapısı c) İç Yapısının şematik gösterimi
9
Breadboard üzerindeki delikler yatay ve dikey olarak kısa devre edilmiştir. Fotoğraf 1 - a’ da görüldüğü gibi breadboard harflerden (a,b,c,d,e,f,g,h,i,j) oluşan satırlara ve (1,2,…30) rakamlardan oluşan sütunlara ayrılmıştır. Ortada görülen deliklerden aynı rakam numarasına sahip fakat farklı harf numarası bulunan 5’er delikler kendi arasında yatay olarak kısa devredir. Örneğin; a1, b1, c1, d1, e1 aynı rakam numaralı dolayısıyla aynı hat üzerinde bulunmaktadır.
b) DC Güç Kaynağı
DC güç kaynakları, elektronik devrelerin çalıştırılması için zamana bağlı olarak yönü ve şiddeti değişmeyen elektriksel sinyal üretirler. DC güç kaynağının vermesini istediğimiz, gerilim değeri, kaynağın üzerinde yer alan ayar düğmesi ayar lanır.
Ayarlanan gerilim ve kaynağın çektiği akım değerleri dijital ekranda gözlemlenir.
Ayarlanabilir gerilim, -30V < Vistenen <+30 V ise analog devre tasarımlarında kullanılır.
Güç kaynağının sabit gerilimi (+ 5 V) TTL devre tasarımlarında kullanılır.
Fotoğraf 2: DC Güç Kaynağı
Şekil 1: a) DC Gerilim Sinyali, b) DC Akım Sinyali
10 c) İşaret Üreteci (Fonksiyon Jeneratörü)
İşaret üreteci, belirli alt ve üst sınırlar içerisinde, istenilen genlik ve frekans değerinde sinüs, kare, üçgen gibi dalga şekillerini üretebilir.
Fotoğraf 3: Fonksiyon Jeneratörü
d) Multimetre
Akım, gerilim ve direnç ölçümü gibi temel ölçümlerin yanında kapasitans, endüktans, diyot, transistör, frekans ve iletkenlik gibi elektriksel büyüklükleri de ölçebilen ölçü aletine Multimetre denir. Multimetreler, analog ve sayısal olmak üzere iki çeşittir.
Ölçülen değeri bir ölçek üzerinde sapabilen ibre (ya da benzeri bir mekanik hareket) ile gösteren ölçü aletine analog multimetre denir. Ölçülen değeri sayısal bir gösterge üzerinde sayısal olarak gösteren ölçü aletine ise digital multimetre denir.
Fotoğraf 4: a) Analog Multimetre b) Digital Multimetre
11 Multimetre Ayar Düğmeleri
Şekil 2: a) Multimetre Elektriksel Büyüklük ve Kademe Ayarı Seçim Kısmı
OFF konumu
Cihazı kapatmak için kullanılır.
mA konumu
1.İşlevi: AC akım (mili amper mertebesinde) ölçmek için kullanılır.
2.İşlevi: DC akım (mili amper mertebesinde) ölçmek için kullanılır.
V konumu
1.İşlevi: AC gerilimi ölçer.
2.İşlevi: DC gerilimi ölçer.
20A konumu
1.İşlevi: AC akım (amper mertebesinde) ölçmek için kullanılır.
2.İşlevi: DC akım (amper mertebesinde) ölçmek için kullanılır
Ω/Buzzer konumu
1.İşlevi: Direnç ölçmek için kullanılır.
2.İşlevi: Kısa devre testi (Buzzer).
Hz konumu
Frekans ölçmek için kullanılır.
Diyot/C konumu
1.İşlevi: Diyot eşik gerilim değerini ölçer.
2.İşlevi: Kondansatör kapasite değerini ölçer.
Şekil 3: Multimetrede Ölçüm Problarının Bağlantı Şeklinin Gösterimi
Amper mertebesinde akım ölçmek için kullanılır.
Referans ucu takmak için kullanılır.
Miliamper mertebesinde akım ölçmek için kullanılır.
Akım ölçümü haricinde multimetre ile ölçülebilen diğer bütün büyüklükleri ölçmek için kullanılır. (V,R,Hz gibi…)
12 2.Gerilim, Akım ve Direnç Ölçümü
Gerilim nasıl ölçülür?
1.Voltmetre, gerilimi ölçülecek devre elemanı ile paralel bağlanır.
Şekil 4: Voltmetre ile gerilim ölçmek için bağlantı şekli
2. DC gerilim ölçümünde yön önemlidir. Her şeyden önce hatalı bağlantı ile Kirchhoff’un kanunlarına aykırı bir iş yapıldığı için yönler dikkate alınarak bağlanmalıdır. Ters yönde de sapabilen analog ölçü aletleri mevcut olmasına karşın; Bazı analog voltmetrelerde, voltmetrenin ölçüm uçları ter yönde sapma özelliğine sahip değildir. İbre ters yönde sapmaya zorlanırsa, bunun sonucunda ibre eğrilebilir ya da ölçü aleti zarar görebilir.
3. AC gerilim ölçümlerinde voltmetrenin bağlanma yönü önemli değildir.
4. Ölçü aleti üzerinde gerilim ölçümü için mevcut olan uygun test soketlerinin kullanılması gerekir. Örneğin gerilim ölçümü için gerilim test soketi gibi.
5. AC veya DC ölçümün hangisi yapılıyorsa, fonksiyon seçme anahtarlarının bunlara uygun konumlarda olması gereklidir. AC gerilim ölçümü yaparken DC kademede ise ortalama değeri gösterir. AC kademede iken gerilimin efektif (etkin) değerini gösterir.
6. Ölçüm aralığı seçme anahtarlarının uygun konumlarda olması gereklidir. Eğer ölçülecek değer tam olarak bilinmiyorsa, tahmin edilen değerin bir üst kademesine getirilerek ölçüme başlanmalıdır. Ölçülen kademede okunan değer, ancak ve ancak alt kademenin en büyük değerinden küçükse, hassas okuma yapmak için daha sonra alt kademeye getirilebilir. Bu ayarlamaların uygun yapılmaması durumunda ölçü aleti zarar görebilir.
Akım nasıl ölçülür?
1.Ampermetre, akımı ölçülecek devre elemanına seri bağlanır.
13
Şekil 5: Ampermetre ile akım ölçmek için bağlantı şekli
2. DC akım ölçülürken yön önemlidir. Her şeyden önce hatalı bağlantı ile Kirchhoff’un kanunlarına aykırı bir iş yapıldığı için yönler dikkate alınarak bağlanmalıdır. Analog DC ampermetre de akım yönüne duyarlıdır. Ters bağlantı yapıldığında ibre ters yöne sapar.
Sayısal ampermetrelerde ise ters bağlantı durumunda göstergede akım değerinin başında eksi işareti okunur, fakat ölçü aleti hasar görmez.
3. AC akım ölçümlerinde ampermetrenin bağlanma yönü önemli değildir.
4. Ölçü aleti üzerinde akım ölçümü için mevcut olan uygun test soketlerinin kullanılması gerekir. Sadece akım ölçümü için ayrılan soketler kullanılmalıdır.
5. Ölçüm aralığı seçme anahtarlarının uygun konumlarda olması gereklidir. Eğer ölçülecek değer tam olarak bilinmiyorsa, tahmin edilen değerin bir üst kademesine getirilerek ölçüme başlanmalıdır. Ölçülen kademede okunan değer, ancak ve ancak alt kademenin en büyük değerinden küçükse, hassas okuma yapmak için daha sonra alt kademeye getirilebilir. Bu ayarlamaların uygun yapılmaması durumunda ölçü aleti zarar görebilir.
6. AC veya DC ölçümün hangisi yapılıyorsa, fonksiyon seçme anahtarlarının bunlara uygun konumlarda olması gereklidir. AC akım ölçümü yaparken DC kademede ise ortalama değeri gösterir. AC kademede iken akımın efektif (etkin)değerini gösterir.
7. Güç kaynağı açılır ve akımın geçtiği yöne göre (+) ya da (–) değer okunur. Elde edilen değer (-) ise ve böyle bir bağlantı deney sorumlusu tarafından istenmemişse hatalı bir bağlantı yapmışsınızdır. Ampermetre uçları güç kaynağı kapatılarak değiştirilmelidir.
Direnç nasıl ölçülür?
Elektriksel direnç Ohmmetre ile ölçülür. Ohmmetre olarak multimetre kullanılır.
Direnci ölçülecek olan elemanın devre ile bağlantısının olmaması gerekir, en azından bir ucunun boşta olması gereklidir. Ohmmetre ile direnç ölçümü için sırasıyla aşağıdaki kurallar uygulanmalıdır:
14
1. Analog Ohmmetre ile ölçüm yapılacak ise, önce Ohmmetrenin ölçüm uçları birbirlerine değdirilerek ibrenin sıfır ohm gösterecek şekilde sapıp sapmadığı kontrol edilir. Ohmmetre pilinin kuvvetli ya da zayıf olmasına göre ibre sıfır ohm’un biraz sağında veya solunda olabilir. İbre tam sıfır ohm çizgisi üzerinde değilse, ibreyi sıfır ohm çizgisi üzerine getirmek için sıfır ayar vidası ile ayar yapılır.
2. Sayısal Ohmmetre ile ölçüm yapılacak ise, Ohmmetrenin doğru çalışıp çalışmadığından anlamak için aşağıdaki işlemleri yapılır. Ohmmetrenin uçları açık iken göstergenin sol tarafında yanıp sönen “1” sayısının olduğundan ve “Low Batt” mesajının görünmediğinden emin olunuz. Göstergedeki yanıp sönen “1” sayısı Ohmmetrenin o anda ölçtüğü direncin sonsuz (yani açık devre) olduğunu belirtir. Daha sonra Ohmmetrenin uçlarını birbirine birleştirilir. Bu durumda göstergede çok küçük değerde bir reel sayı okunacaktır. Bu reel sayı, ölçü aletinin ve ölçü aleti kablolarının toplam iç direncidir. Göstergede bunlardan farklı değerler görünmesi durumunda ölçü aletiniz bozulmuş veya pili zayıflamış olabilir.
3. Uygun bir ohm kademesi seçilir. Eğer direnç değeri bilinmiyorsa, en yüksek kademeden başlanarak uygun konumuna gelinceye kadar kademe azaltılır.
Şekil 6: Eşdeğer Direnç Ölçümü İçin Örnek Bağlantı Şekli
4. Ohmmetrenin ölçüm uçları direncin iki ucuna sıkıca temas ettirilir. Ölçüm sırasında, ölçüm yapan kişi direncin bir ucundan tutabilir, fakat direncin iki ucundan da tutması durumunda kendi vücut direnci de ölçülen direnç ile paralel bağlı olacağından hatalı ölçüm yapılmış olur.
5. Bazı sayısal Ohmetreler doğrudan değeri göstermez. Bu durumda kademenin yanında yazan bir çarpan ile çarpılarak gerçek direnç değeri bulunur.
6. Dirençler üzerlerindeki değerde olmazlar. Dirençlerin gerçek değerlerinin Ohmmetre ile ölçülmesi gerekir. Dirençlerin tolerans değerlerinin olması, teorik ve pratik sonuçlarda farklılığa neden olan sebeplerden biridir.
7. Laboratuvarda özellikle deney sorumlusu bir asistan yanınızda yokken, gerilim vererek ölçü aletlerini öğrenmeyi deniyorsanız, kendinize ve cihazlara zarar verememek için hem KΩ mertebesinde dirençler kullanmanız hem de küçük küçük gerilimlerle (örneğin 1V,5V..10V gibi) çalışarak, devrenizden mA seviyesinde akımlar geçirmeniz istenmektedir. Örneğin 10V’luk bir gerilim kaynağına 1 Ω’luk seri bir direnç bağlarsanız, devreden 1 A gibi büyük bir akım geçer. Böyle bir durumda ilk olarak, laboratuvardaki dirençlerin gücü P=V.I=10W olmadığı için hemen bozulacak veya
15
yanacaktır. İkinci olarak eğer devrede bir ölçü aletinizde varsa ve en yüksek kademede değilse o da zarar görecektir.
Direnç Renk Kodları
Direnç değerleri, ölçü aleti kullanmadan üzerindeki renklerin kodları kullanarak da hesaplanabilir. Karbon dirençler üzerindeki renk bantları Şekil 7’de gösterilmiş, renk kodları Tablo 1’de verilmiştir. Şekil 7’de görüldüğü gibi, dört renk bandından üçü (A, B ve C) birbirine yakın, dördüncüsü (T) bu gruptan biraz uzaktır. A, B ve C renk bantları direncin değerini tanımlar, T renk bandı ise direncin toleransını tanımlar.
Direncin toleransı, üretim hataları nedeniyle direnç değerinin üzerinde yazılı olan değerden yüzde kaç farklı olabileceğini (beklenen değerden sapma miktarını) gösterir.
Örneğin, 100’luk bir direncin toleransı ±%5 ise, direncin değeri büyük bir olasılıkla 95 ile 105 Ω arasındır.
Şekil 7: Karbon Direnç Renk Bantları
Tablo-1: Direnç Renk Kodları
İpucu: En kolay ezberleme yollarından birisi, ezberlemek istediğimiz olay ya da durumu kolayca hatırlayacağımız başka bir şeye benzemektir. Direnç renk kodlarını aklımızda tutmak için, “SO.KA.K.TA SA.YA.MA.M Gİ.Bİ” sihirli sözcüğünü kullanabiliriz.
16 b) Deney Öncesi Hazırlıklar
1. Voltmetrenin ve ampermetrenin elektriksel büyüklüğü ölçülecek devre elemanına bağlantı şekli (paralel ya da seri) nasıl olmalıdır? Düşünülen şekilde bağlanmasının sebebi nedir, araştırınız.
2. Şekil 4 ve Şekil 5’de verilen devreleri Multism veya Proteus ISIS programı ile çiziniz ve aşağıdaki tabloyu doldurunuz. Benzetim programı devre görüntüsünün çıktısını alınız ve rapora ekleyiniz.
E=5V E=10V E=15V
Şekil 4
Voltmetre 1 Voltmetre 2 Voltmetre 3
Şekil 5
Ampermetre 1 Ampermetre 2 Ampermetre 3
c) Deneyde Yapılacaklar
1. Şekil 4’de verilen devreyi kurunuz. DC gerilim kaynağının değişen değerleri için, (E=5V, E=10V, E=15V) için her bir direncin üzerindeki gerilim değerini (V1,V2 ve V3 ) Tablo-2’ye kaydediniz.
Tablo 2: 1k, 220 ve 330 ohm’luk dirençler için ölçülen gerilim değerleri(V1,V2 ve V3)
E (V) V1(V) V2(V) V3(V)
5 10 15
2. Şekil 5’da verilen devreyi kurunuz. DC gerilim kaynağının değişen değerleri için, (E=5V, E=10V, E=15V) için her bir direncin üzerinden geçen akım değerlerini (I1,I2 ve I3 ) Tablo-3’e kaydediniz.
17
Tablo 3: 1k, 220 ve 330 ohm’luk dirençler için ölçülen akım değerleri (I1,I2 ve I3)
E (V) I1(A) I2(A) I3(A)
5 10 15
2. Şekil 6’da verilen devreyi kurarak her bir direnç değerini (R4, R5, R6 ve R7) renk kodlarından hesaplayınız. Eşdeğer direnci hesaplayınız. Sonuçları Tablo -4’e kaydediniz.
3. Her bir direnci ve toplam eşdeğer direnç (Reş) değerini ölçünüz ve sonuçları Tablo-4’e kaydediniz.
Tablo-4: Renk Kodları İle Hesaplanan ve Ölçülen Direnç Değerleri Direnç
Değeri
R4(Ω) R5(Ω) R6(Ω) R7(Ω) Reş
Hesaplanan
Ölçülen
d) Deney Sonrası Yapılacaklar
1.Multimetre kullanılarak ölçülen ve renk kodları yardımı ile hesaplanan direnç değerlerini karşılaştırınız. Farklılık varsa sebebi neden kaynaklanabilir, yorumlayınız.
2.Deneyin 1. Adımında hesaplanan V1,V2 ve V3 gerilim değerlerinin kaynak gerilimine eşit olduğunu gösteriniz (Kirchoff Gerilimler Yasası).
3.Deneyin 2. Adımında hesaplanan I2 ve I3 kol akımı değerlerinin, ana kol akımına (I1) eşit olduğunu gösteriniz (Kirchoff Akımlar Yasası).
18 Deneyle İlgili Notlar
19 Deney 3. Kirchoff’un Akım ve Gerilimler Yöntemi
a) Genel Bilgi-Ön Çalışma
Deneyin Amacı
• Kirchoff’un akımlar ve gerilimler yasasını öğrenmek ve breadboard üzerinde kurulan basit elektrik devreleri yardımıyla bu yasaları pekiştirmek
• Direnç, diyot ve zener diyot gibi devre elemanlarının Akım-Gerilim öz eğrilerini çıkararak elemanların karakteristik özelliklerinin anlaşılması
Önbilgi
Kirchoff’un Akımlar ve Gerilimler Yasası’nı daha iyi anlayabilmek için öncelikle çevre ve düğüm kavramlarından bahsedilmelidir.
Düğüm: Bir devrede dolaşan akımın iki veya daha fazla parçaya bölündüğü her nokta, düğüm olarak adlandırılır.
Çevre: Bir elektrik devresinde herhangi bir noktadan başlayıp tekrar aynı noktaya gelinceye kadar devrede dolaşılan kapalı yola çevre denir.
Şekil-1: DC Beslemeli Bir Elektrik Devresinde Kapalı Çevrelerin Ve Düğüm Noktalarının Gösterilmesi
1.Kirchoff’un Akımlar Yasası (KCL)
Bu yasaya göre herhangi bir düğüm noktasına gelen akımların toplamı, düğüm noktasından çıkan akımların toplamına eşittir. Şekil-1’deki her bir düğüme ilişkin düğüm denklemlerini (D1, D2, D3 ve D4) Tablo-1’de görmekteyiz.
Tablo-1: Şekil-1’de Verilen Devre İçin Düğüm Denklemleri Düğüm
Numarası
Düğüme Giren Akımlar
Düğümden Çıkan Akımlar
Düğüm Denklemi
1 I1 I2 ve I3 I1=I2+I3
2 I2 I4 ve ı5 I2=I4+I5
3 I3 ve I4 I6 I3+I4=I6
4 I5 ve I6 I7 I5+I6=I7
20 2. Kirchoff’un Gerilimler Yasası (KVL)
Bir elektrik devresinde kapalı bir çevre içerisinde gerilimlerin toplamı sıfıra eşittir.
Diğer bir ifadeyle kapalı bir çevrede, kaynağın sağladığı gerilim, elemanlar (R, L ve C vs.) üzerinde harcanan gerilim değerlerinin toplamına eşittir. Şekil -1’deki her bir kapalı çevreye ilişkin
(Ç1, Ç2 VE Ç3) çevre denklemlerini Tablo-2’de görmekteyiz.
Tablo-2: Şekil-1’de Verilen Devre İçin Çevre Denklemlerinin Elde Edilmesi Çevre (Döngü)
Numarası Çevrede Yer Alan Gerilim Kaynağı
Çevrede Yer
Alan Dirençler Düğüm Denklemi
1 E R1,R2,R5 E=V1+V2+V5
2 - R2,R3,R4 V3=V2+V4
3 - R4,R5,R6 V5=V4+V6
Doğrusal Direncin Akım-Gerilim Öz eğrisinin Çıkarılması
Zamana bağlı olarak değeri değişmeyen, içinden geçen akım ile uçları arasındaki gerilim düşümü arasındaki ilişki doğrusal olan devre elemanıdır. Doğrusal dirençlerde, direncin üzerindeki gerilim düşümü arttığında orantılı olarak uçlarından geçen akımında artar dolayısıyla R= V/I denkleminden direnç değeri her t anı için sabit kalır (Şekil 2-b).
(a) (b)
Şekil-2: (a) Doğrusal Direncin Simgesi ve (b) Akım-Gerilim Özeğrisi
b) Deneyde Yapılacaklar
1. Şekil-8’de (aşağıda) verilen devreyi benzetim programında kurarak, her bir eleman üzerinden akan akım ve uçları arasındaki gerilim değerlerini Tablo -3 ve Tablo-4’teki ilgili sütuna kaydediniz.
21 Deneyin Yapılışı
2. Şekil-8’de verilen devreyi breadboard üzerinde kurarak, A ve B düğümlerine giren ve çıkan akım değerlerini (i1, i2, i3….i6) bularak Tablo-3’e kaydediniz.
Şekil-8:Kirchoff Akımlar ve Gerilimler Yasası’nın Uygulanacağı Deney Devresi Tablo-3: Şekil-8’de Verilen Devre İçin Dirençlerin Üzerinden Geçen Akım Değerleri Sonuç Eldesi i1 (mA) i2(mA) i3(mA) i4(mA) i5(mA) i6(mA) Benzetim Ölçüm
Deneysel Ölçüm
3. Bir önceki adımda kurulan (Şekil-8) devrede yer alan her bir elemana ait gerilim değerlerini bulunuz ve Tablo-4’e kaydediniz.
Tablo-4: Şekil-8’de Verilen Devre İçin Dirençlerin Uçları Arasındaki Gerilim Değerleri V1(V) V2(V) V3(V) V4(V) V5(V) V6(V) Benzetim
Ölçüm Deneysel Ölçüm
4. R1=560 Ω, R2=1000Ω ve R3=2200Ω’luk 3 adet direnç seçiniz ve multimetre kullanarak tüm dirençlerin değerlerini test ediniz.
22
5. Her bir direnç değeri için ayrı ayrı Şekil-9’daki devreyi kurarak V=0V, 2V, 4V, 6V, 8V ve 10V değerleri için sırasıyla her bir gerilim değerine karşın direnç üzerinden geçen akım değerini kaydederek Tablo-5‘e yazınız.
Şekil-9: Direnç Uygulama Devresi Tablo-5: R Direncine Ait Akım ve Gerilim Değerleri
560Ω 1kΩ 2.2kΩ
E (V) IR1(mA) VR1(V) IR2(mA) VR2(V) IR3(mA) VR3(V) 0
2 4 6 8 10
23 c) Deney Sonrası Yapılacaklar
1. Benzetim ve uygulama sonuçlarında farklılık var mıdır? Varsa sebebi nedir?
2. Şekil-8’de verilen devrede KCL ve KVL ile 1.2kohm’luk direnç üzerindeki gerilimi ve akımı matematiksel olarak hesaplayınız. Sonuçlarını deney ile karşılaştırınız.
Deneyle İlgili Notlar
24 Deney 4. Toplamsallık Yöntemi
a) Genel Bilgi-Ön Çalışma
Deneyin Amacı
Deneyin amacı, elektrik devrelerinin çözümlenmesinde kullanılan önemli teoremlerinden biri olan toplamsallık teoreminin deneysel olarak incelenmesidir.
Önbilgi
Birden çok bağımsız kaynağın bulunduğu lineer bir devrede, herhangi bir elemana ilişkin akım veya gerilim değeri; bağımsız kaynakların her birinin teker teker yapmış oldukları katkıların toplamına eşittir.
Süperpozisyon ilkesini uygulamak için;
1. Devredeki gerilim veya akım kaynaklarından herhangi birisi seçilir. Bu sırada diğer kaynaklar yok edilir (Gerilim kaynakları kısa devre, akım kaynakları açık devre yapılır).
2. İlgilenilen devre elemanlarına ilişkin akım ve gerilim değerleri hesaplanır ve kaydedilir.
3. 1. ve 2. Adımdaki işlemler her bir kaynak için teker teker yapılır.
4. Tüm kaynaklar için ayrı ayrı bulunan akım veya gerilim değerleri yönleri de dikkate alınarak toplanır ve tam çözüme ulaşılır.
Deney
1. Şekil 10’da verilen devreyi;
a) E=20 V’luk kaynak devrede iken ( E=10 V’luk kaynak kısa devre) b) E=10 V’luk kaynak devrede iken ( E=20 V’luk kaynak kısa devre)
c) E=20 V ve E=10 V’luk kaynak devrede iken benzetim programı kullanarak her bir eleman üzerinden geçen akım ve uçları arasındaki gerilim değerlerini bulunuz ve sonuçları Tablo-1’e kaydediniz.
d) a,b ve c şıkkındaki devrelerin benzetim programı görüntüsünü deney raporunuza ekleyiniz.
Şekil 10. (a) E=20V devrede (b) E=10V devrede (c) E=20V ve E=10 V devrede iken
25 Tablo-6
Benzetim Sonuçları
R1(Ω) R2(Ω) R3(Ω) R4(Ω)
I1
(A)
V1 (V) I2 (A) V2 (V) I3 (A) V3 (V) I4 (A) V4 (V) E=20 V devrede
E=10 V devrede E=20 V ve E=10 V devrede iken
b) Deneyde Yapılacaklar
Şekil 11. Deney Uygulama Devresi
Şekil 11’de verilen devreyi breadboard üzerinde kurunuz ve ardından toplamsallık (süperpozisyon) teoremini uygulayarak her bir eleman üzerinden akan akım ve uçları arasında gerilim değerini elde ederek Tablo-7’ye kaydediniz.
Tablo-7 Deney Sonuçları
Deney Sonuçları
R1(Ω) R2(Ω) R3(Ω) R4(Ω)
I1 (A) V1 (V) I2 (A) V2 (V) I3 (A) V3 (V) I4 (A) V4 (V) E=20 V devrede
E=10 V devrede E=20 V ve E=10 V devrede iken
26 c) Deney Sonrası Yapılacaklar
Deneysel olarak elde ettiğiniz akım ve gerilim değerlerini kullanarak Superpozisyon (Toplamsallık) Teoreminin varlığını matematiksel olarak ispatlayınız.
Deneye İlişkin Notlar
27
Deney 5. Güç Sakınımı ve Maksimum Güç Transferi a) Genel Bilgi-Ön Çalışma
Deneyin Amacı
• Deneyin amacı, elektrik devrelerinin çözümlenmesinde kullanılan önemli teoremlerden olan Thevenin ve Norton teoremlerinin incelemek.
• Devrede üretilen ve tüketilen güç toplamlarının sıfıra eşit olduğunu deneysel olarak ispat etmek.
• Yüke maksimum güç aktarmak için yük empedansının hangi koşulları sağlaması gerektiğini belirlemek.
• Maksimum güç transferi olduğu zaman, devrenin verimini gözlemlemek.
1. Thevenin Teoremi
Thevenin Teoremi, karmaşık bir devrede herhangi iki nokta arasında akan akım veya gerilim hesaplanmak istenildiğinde ilgili devrenin daha basit çözümlenmesini sağlar.
Bunun için devre, Thevenin eşdeğer devresi denilen çok daha basit bir devreye dönüştürülür. Seçilen uçlar arası açık devre düşünülerek, uçlar arasındaki açık devre gerilimi (Vth) ve eşdeğer direnç (Rth) bulunarak iki nokta arasında görülen devre seri bağlı bir direnç (Rth) ve bir gerilim kaynağı (Vth) ile ifade edilir (Şekil1).
Şekil 1:Thevenin Eşdeğer Devresi
Örnek Uygulama
Thevenin Teoremi, Şekil 2’de verilen örnek devre için adım adım uygulanırsa;
Şekil 2:Thevenin Teoremi uygulanacak örnek devre
1.Devrede bağımsız kaynaklar iptal edilerek (Akım kaynakları açık devre, gerilim kaynakları kısa devre yapılır.) A-B uçları arasında görülen eşdeğer direnç (Rth) bulunur.
28
Şekil3: 2’de verilen örnek devrenin 1. Adım uygulanmış şekli
2. Devre tekrar eski haline dönüştürülerek gerilim bölme kuralı yada ohm kanunu kullanılarak A-B uçları arasında görülen açık devre gerilimi Vth bulunur.
Şekil4:2’de verilen örnek devrenin 2. Adım uygulanmış şekli
3. Bulunan Rth, Vth değerleri ve akım, gerilim (IL ve VL) değerleri bilinmek istenen RL
kullanılarak Thevenin Eşdeğer Devresi çizilir.
Şekil5: 2’de verilen örnek devrenin Thevenin Eşdeğer Devresi
2. Norton Teoremi
Norton Teoremi, Thevenin teoremine benzer şekilde seçilen iki uç arasında yer alan devrenin basitleştirilmesi esasına dayanır. Norton teoreminde farklı olarak çözüme akım üzerinden gidilir. Seçilen uçlar arası (A-B) kısa devre düşünülerek, uçlar arasındaki kısa devre akımı (IN) ve eşdeğer direnç (RN) bulunarak iki nokta arasında görülen devre paralel bağlı bir direnç (RN) ve bir akım kaynağı (IN) ile ifade edilir (Şekil6).
29
Şekil 6: Norton Eşdeğer Devresi
Örnek Uygulama
Thevenin Teoremi uyguladığımız 2’de verilen örnek devre için Norton Teoremi uygulanırsa;
1. Devrede bağımsız kaynaklar iptal edilerek (Akım kaynakları açık devre, gerilim kaynakları kısa devre yapılır.) A-B uçları arasında görülen eşdeğer direnç (RN) bulunur.
Şekil 7: 2’de verilen örnek devrenin 1. Adım uygulanmış şekli
2. Devrede yer alan bağımsız kaynak tekrar eski haline dönüştürülür ve A-B uçları arası kısa devre yapılır. Bu durumda A-B uçları arasında görülen kısa devre akımı IN bulunur.
Şekil 8: 2’de verilen örnek devrenin 2. Adım uygulanmış şekli
A-B uçlarının kısa devre edilmesi 100 ohm’luk iki direncinde kısa devre edilmesi anlamına gelmektedir. Bu durumda kısa devre yolundan akacak akım sadece 25’er ohm’luk iki seri dirençten geçecek ve değeri IN=100V/50Ω=2A olacaktır.
3. Bulunan RN, VN değerleri ve akım, gerilim (IL ve VL) değerleri bilinmek istenen RL
kullanılarak Norton Eşdeğer Devresi çizilir.
30
Şekil 9: 2’de verilen örnek devrenin Norton Eşdeğer Devresi
3. Güç ve Güç Sakınımı
Bir elektrik devresindeki güç kaynağının amacı, yüke elektrik enerjisi sağlamaktır. Yük bu enerjiyi, gerekli bazı işleri yapmak için kullanır. Elektrikte iş, elektrik akımının hareketi ile yapılır. Güç, iş yapma oranıdır. Güç ölçü birimi Watt (W)'tır. Bir amperlik akım üreten bir voltluk kuvvet, bir wattlık güce karşılık gelir. Wattmetre, güç ölçmek için kullanılan temel cihazdır. Bir DC devredeki elektriksel güç aşağıdaki üç formülle ifade edilebilir:
Burada P = güç (watt) E = gerilim (volt) I = akım (amper) R = direnç (ohm)
Güç kaynağı tarafından sağlanan elektriksel gücün, daima devrede harcanan güce eşittir (Tellegen Teoremi).
İşaret Referansı: Kaynağın güç harcadığını ya da güç verdiğini tespit etmek amacıyla kullanırız.
Şekil 10:İşaret Referansı
2 2
. . P E I
P I R
P E R
=
=
=
Güç Sakınımı= 0
üretilen tüketilen
P = P P=
31 4. Maksimum Güç Transferi
Maksimum güç transferi kuramı; doğrusal bir devrede, yük direnci Thevenin eşdeğer direncine eşitken, yükün güç kaynağından maksimum gücü çekebileceğini anlatır.
Şekil 11: Thevenin eşdeğer devresi
Thevenin eşdeğeri yerine Norton eşdeğeri kullanılması durumunda ise yine aynı sonuçlar elde edilir. Bu kez, RL üzerine aktarılan maksimum güç Norton eşdeğer kaynağı IN türünden elde edilir:
b) Deney Öncesi
1) Şekil 12 ‘deki (aşağıda) devreyi matematiksel olarak ve benzetim programında çizerek Thevenin ve Norton teoremleri için Iyük ve Vyük sonuçlarını kaydediniz.
Benzetim programında Şekil 12’deki devre, Thevenin eşdeğer devresi ve Norton eşdeğer devresi olmak üzere 3 adet devre şemasını deney raporunuza zımbalayınız.
2) 12 V’luk gerilim kaynağı üzerindeki gücü hesaplayınız, kaynağın güç ürettiğini veya tükettiğini belirtiniz.
3) 5V’luk gerilim kaynağı üzerindeki gücü hesaplayınız, kaynağın güç ürettiğini veya tükettiğini belirtiniz.
4) Dirençlerin tükettiği güçleri hesaplayınız.
5) Devrede üretilen toplam gücün tüketilen toplam güce eşit olduğunu gösteriniz.
2 2
2
2
th L
2 2 2 2
2 2 2
. . .
( )
maksimum güç transferi için R =R olduğundan
. .
(2 ) (2 ) 2 4
L
L
th
th L
th th L
R L L
th L th L
th L th L th th
R
L L
I E
R R
E E R
P I R R
R R R R
E R E R E E
P R R
= +
= = + = +
= = = =
2. 4
L
N N
R
I R P =
32
6) Maksimum güç aktarım teoremini uygulayarak, a-b uçları arasına bağlanan RL
direncine maksimum güç aktarabilmek için RL’nin hangi değerde seçilmesi gerektiğini ve RL üzerine aktarılan maksimum gücü hesaplayınız.
Şekil12. Maksimum güç transferi deneyi devresi
c) Deneyde ve Sonrasında Yapılacaklar
1. Şekil 12’de verilen devreyi kurunuz. İstenilen akım-gerilim-güç değerlerini Tablo-
1’e kaydediniz.
Tablo 1
Devre Elemanı Voltaj Akım Güç
V1 V2 R1 R2 R3 RL
33
2. Devredeki üretilen toplam gücün tüketilen toplam güce eşit olduğunu gösteriniz (enerjinin korunumu).
3. RL direncini devreden çıkardıktan sonra a-b uçları arasından görünen Thevenin eşdeğer devresini elde ediniz.
4. Devrenin a-b uçları arasındaki acık devre gerilimi Vab’yi okuyunuz ve kaydediniz.
5. Devrenin Vc düğüm gerilimini (c düğümü ile referans düğüm arasındaki gerilim) okuyunuz ve kaydediniz. R3 direnci üzerinden akım geçmediği için V1 düğüm geriliminin Vab acık devre gerilimine eşit olduğunu görünüz. Vc=Vab geriliminin devrenin a-b uçları arasından görülen Thevenin eşdeğer gerilimi (VTh) olduğunu not ediniz.
6. 12 V’luk ve 5 V’luk kaynakların bağlantılarını çözüp yerlerine kısa devreler bağlayınız ve a-b uçları arasındaki Rab eşdeğer direncini aşağıdaki yöntemlerle ölçünüz:
a) a-b uçlarına ohm-metre bağlayarak Rab eşdeğer direncini ölçünüz. (15).
b) a-b uçlarına 10 V’luk test kaynağı (VTest) uygulayarak, kaynaktan gecen akımı (ITest) ölçünüz ve uygulanan gerilimi ölçülen akıma bölerek Rab eşdeğer direncinin değerini hesaplayınız.
7. Bu direnç değerinin Thevenin eşdeğer direnci (RTh) olduğunu not ediniz. Şekil 3’
deki devrede, a-b uçları arasına değişken yük direnci (RL) olarak 10kΩ’luk potansiyometreyi bağlayınız. Potansiyometrenin değerini 1,2 kΩ’dan başlayarak 100 Ω’luk artışlarla 1,8 kΩ değerine kadar arttırınız ve her defasında Pot(RL) üzerinden gecen akımın değerini kaydediniz ve her ölçüm için RL üzerine aktarılan gücü hesaplayınız.
8. Yük direnci RL üzerine aktarılan gücü maksimum yapan RL direncinin değerini yazınız.
34 Deneyle İlgili Notlar
35 Deney 6. Geçici Durum İncelenmesi
a) Genel Bilgi-Ön Çalışma
1-Deneyin Amacı
• RC ve RL devre elemanlarını birlikte içeren bir elektrik devresinde oluşabilecek geçici olayları incelemek.
• Geçici olaylara neden olan etkenleri ve etkilerini gözlemlemek.
2-Önbilgi
2.1 RC Devresinde Geçici Durum: Sistemlerin bir sürekli durumdan ikinci bir sürekli duruma geçerken gösterdikleri davranışlara geçici olaylar adı verilir. Şekil 1 de verilen seri RC devresinde , s anahtarı açıkken c sığası tümüyle yüksüzdür. t=0 anında s anahtarı kapatıldığında devrede belirtilen yönde ve zamanla değişen bir i(t) akımı akmaya başlar.
Şekil-1:Seri bağlı RC devresinde geçici durum
Devreye Kirchoff gerilim yasası uygulanırsa aşağıdaki eşitlik elde edilir:
İ(t), VR(t) ve VC(t)’ nin zamanla değişimleri, sırasıyla Şekil-2(a),Şekil-2(b)’de sunulmuştur.
/
1 ( ) ( )
Buradan akım şöyle ifade edilir:
i(t)=
Re
C R
t RC
E V V
E i t dt Ri t C
E
−
= +
=
+36
Şekil-2: İ(t), VR(t) ve VC(t)’nin zamanla değişimleri Bulunan eşitlikler yardımıyla direnç ve sığaç için güç bağıntıları:
Güç bağıntılarının zamana bağlı olan değişim biçimleri Şekil-3’te sunulmuştur.
Şekil-3:RC devresinde direnç ve sığaç güçlerinin zamanla değişimi
2.2 RL Devresinde Geçici Durum Analizi: Eşdeğer devresi Şekil-4’te verilen seri bir RL devresinde S anahtarı kapatıldığı anda sabit bir gerilim uygulanmaktadır.
Şekil-4:Seri bağı RL devresinde geçici durum
2 2 /
2
/ 2 /
( ) ( ) ( ) Re ( ) ( ) ( )
R( e )
R R t RC
R C t RC t RC
P t V t i t E
P t V t i t E
e
−
− −
= =
= =
−
37
Bu devreye Kirchoff gerilim yasası uygulanırsa aşağıdaki eşitlik elde edilir;
İ(t), VR(t), VL(t)’nin zamanla değişimleri, sırasıyla şekil-5(a),Şekil-5(b)’de sunulmuştur.
Şekil-5: İ(t), VR(t), VL(t)’nin zamanla değişimleri
Direnç ve indüktansa ilişkin güçlerin zamanla değişimleri;
Biçiminde bulunur. Bu iki güç bağıntısında toplam gücün zamanla değişimi elde edilir.
Güç bağıntılarının zamanla değişimleri Şekil-6’da sunulmuştur.
/
( ) ( )
Bu eşitlikten akımın zamanla değişimi i(t)=
(1 Rt L) E VR VL E Ri t Ldi t
dt
E R e−
= +
= +
−
2
/ 2 /
2
/ 2 /
( ) (1 2 )
( ) ( )
R Rt L Rt L
L Rt L Rt L
P t E
R e e
P t E
R e e
− −
− −
= − +
= −
2
( ) ( ) ( ) /
(1 )
toplam L R Rt L
P t P t P t E
R e−
= + =
−
38
Şekil-6: RL devresinde direnç ve indüktans güçlerinin zamanla değişimi b) Deney Öncesi
• Deneyde yapılacak tüm işlemleri benzetim programında uygulayınız. Deney şemalarının ve osilaskop ekran görüntülerinin çıktılarını deney raporunuza ekleyiniz.
c) Deneyde Yapılacaklar RC Devresi
Şekil-7:Seri Bağlı RC Devresinde Geçici Durum Analizi
1.Devreye gerilim kaynağı olarak sinyal jeneratörünü bağlayınız. Sinyalin biçimini kare dalga frekansını sırasıyla 500Hz, 1kHz ve 2kHz’e, üst gerilim değerini 5 V alt gerilim değerini 0 V ayarlayınız.
2.Osiloskobun birinci kanalını A noktasına bağlayarak (sırasıyla 500Hz, 1kHz ve 2kHz frekans için) kaynağın ürettiği sinyali, ikinci kanalını B noktasına bağlayarak kondansatörün gerilimi gözlemleyiniz. Ölçekli olarak Tablo 1’e çiziniz. Gerilim değerlerini yazınız.
39
3.Osiloskobun birinci kanalını B noktasına bağlayarak kondansatörün gerilimini, ikinci kanalını C noktasına bağlayarak direncin gerilimini (sırasıyla 500Hz, 1kHz ve 2kHz frekans için) gözlemleyiniz. Ölçekli olarak Tablo 2’ye çiziniz. Gerilim değerlerini yazınız.
Şekil-8:Seri Bağlı RL Devresinde Geçici Durum Analizi
RL Devresi
1. Devreye gerilim kaynağı olarak sinyal jeneratörünü bağlayınız. Sinyalin biçimini kare dalga frekansını sırasıyla 50kHz, 100kHz, 200kHz’e üst gerilim değerini 5 V alt gerilim değerini 0 V ayarlayınız.
2.Osiloskobun birinci kanalını A noktasına bağlayarak (sırasıyla 50kHz, 100kHz, 200kHz için) kaynağın ürettiği sinyali, ikinci kanalını B noktasına bağlayarak bobinin gerilimini gözlemleyiniz. Ölçekli olarak Tablo 3’e çiziniz. Gerilim değerlerini yazınız.
3.Osiloskopun birinci kanalını B noktasına bağlayarak bobinin gerilimini, ikinci kanalını C noktasına bağlayarak direncin gerilimini (sırasıyla 50kHz, 100kHz, 200kHz için) gözlemleyiniz. Ölçekli olarak Tablo 4’e çiziniz. Gerilim değerlerini yazınız.
.
40 TABLO 2
TABLO 1
41 TABLO 3
TABLO 4
42 SONUÇLAR:
• Bu deneyle RC ve RL devrelerinin bir sürekli duruma geçerken gösterdikleri geçici olayları ve yükselme zamanı ile zaman sabiti Ʈ arasındaki ilişkiyi inceledik.
• Yükselme zamanı kapasitörün % 90 nın dolması için gerekli olan süredir ve formül olarak Ʈ ya bağlıdır yani devredeki R ve C değerlerinin büyüklüğüne bağlıdır, sinyal jeneratörü tarafından üretilen kare dalganın frekansı veya genliğine bağlı değildir. Örneğin R veya C değerini daha büyük seçerek Ʈ'yu dolayısıyla t(yükselme)'yi artırabiliriz.
• Deneyde sıkça adı geçen zaman sabiti kavramı; devredeki voltajın ne kadar süre sonra, ne değere düşeceğini belirten önemli bir kavramdır. Örneğin t=Ʈ anında, kapasitör voltajı %37 nci değerine ulaşır. Yaklaşık 5Ʈ zaman sonra durağan duruma geçer.
• Her bir devrenin zaman sabitini teorik ve deneysel olarak hesapladık ve birbirlerine hemen hemen eşit olduğunu gördük.
• Bu deneyde devreye DC kaynak yerine sinyal jeneratöründen kare dalga verilmiştir. Bunun sebebi kapasitörün DC kaynakta çabucak şarj olup boşalmasıdır. Yani bu durumda kapasitörün yükselme ve düşme zamanını gözlemleyemeyiz dolayısıyla Ʈ zaman sabitini de deneysel olarak hesaplayamayız ve bu sebeple deney başarısız olur. Kare dalga sayesinde kapasitörün geçici durumlara verdiği tepkiyi inceleyebildik.
• Endüktans üzerindeki akım, ani olarak değişemez. Bununla birlikte, bobin üzerindeki gerilim değişimi, sınırsızdır ve ani sıçramalar yapabilir. Bu, endüktansın akımdaki değişime karşı koymasından kaynaklanır.
d) Deney Sonrası
1. Şekil 7’de sığaç değeri 200pF olması durumunda, tam dolma ve tam boşalma durumunu gözlemlemek için üretecin frekansı kaç Hz ayarlanmalıdır?
2. Şekil 8’de bobin değerinin 1mH olması durumunda, 1kHz’lik kare dalga uygulanması sonucunda bobin üzerinde oluşacak sinyali, hesaplamaları göstererek, çiziniz.
Deneyle İlgili Notlar
