Devre Analizi Dersi 1. Ünite Özet

Birim Sistemleri

Elektriksel birimler standardize edilerek Uluslararası birim sistemine dâhil edilmiştir. Ayrıca çok küçük ve çok büyük ifadelerin yazılmasında birim katlarının kullanılması terminolojide büyük kolaylık sağlamaktadır.

Temel Kavramlar

Elektrik akımı, maddenin en küçük yapıtaşı olan atomların özellikleri kullanılarak rahatça açıklanabilir. Atomun çekirdeğini pozitif yüklü protonlar ve yüksüz nötronlar oluşturur. Çekirdeğin çevresinde yörüngelerde ise negatif yüklü elektronlar bulunmaktadır. Metal iletkenlerde, atomik yapının en dış halkasındaki elektronlara, çekirdekten en uzak olmaları sebebiyle uygulanan çekim kuvveti daha azdır ve koparılmaları daha kolaydır. Koparılan elektronlar atomlar arasında dolaşmaya başlar. Elektronlar yer değiştirirken elektrik akımı meydana getirirler.

Bir iletkenin içinden geçen akıma karşı gösterdiği kolaylığa iletkenlik denir. Bazı atomların son yörüngelerinde 4’ten az elektron yer alır ve bu atomlar elektronlarını verme eğilimlerinden dolayı iletken olarak adlandırılırlar. Bazı atomların ise son yörüngesindeki elektron sayısı 4’ten fazla olduğu için dışarıdan elektron alma eğilimindedirler ve yalıtkan olarak adlandırılırlar. Son yörüngesinde 4 elektron bulunan atomlar ise elektron sayıları 3 veya 5 olan atomlarla kovalent bağlar kurarak dış yörüngelerini kararlı hale getirmek isterler. Bu tür atomlardan oluşan malzemelere ise yarı iletkenler denir.

Akım, doğru akım ve alternatif akım olmak üzere ikiye ayrılır. Doğru akım, elektrik yüklerinin yüksek potansiyelden alçak potansiyele doğru sabit olarak akmasıyla oluşur. DC (Direct Current) olarak isimlendirilir. Akımın yönü ve şiddetinde zamana göre bir değişme söz konusu değildir. Alternatif akım ise genliği (akımın büyüklüğü) ve yönü periyodik olarak değişen akımdır. AC (Alternative Current) olarak isimlendirilir.

Elektrik potansiyel farkı, elektronların maruz kaldıkları elektrostatik alan kuvvetine karşı hareket ettiren kuvvettir. Bir elektrik alanı içerisinde yer alan iki nokta arasındaki potansiyel fark olarak da tarif edilir. Birimi Volt’tur. A noktasının potansiyeli VA, B noktasının potansiyeli ise VB olarak tanımlanırsa, A - B noktaları arasındaki gerilim (potansiyel fark), V = VA –VB şeklinde ifade edilebilir.

Birim zamanda yapılan işe güç denir. P ile gösterilir ve birimi Watt’dır. Güç, akım ve gerilimin çarpımından ibarettir. Enerji, iş yapabilme yeteneğidir. Elektriksel anlamda, bir q yükünün gerilimi altında kazandığı enerji, gerilim ile çarpılması ile bulunur. Enerji birimi joule (J) dur.

Devre Elemanları

Elektrik devreleri, aktif ve pasif devre elemanlarından oluşur. Aktif devre elemanları devreye enerji sağlayan elemanlar, yani kaynaklardır. Aktif devre elemanlarından üreteçler kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren devre elemanlarıdır. Pasif devre elemanları ise kendileri enerji üretmeyen var olan enerjiyi kullanarak enerji depolayan veya tüketen elemanlardır. Pasif devre elemanlarına örnek olarak direnç, bobin ve kondansatör verilebilir.

Kaynaklarda eleman bağımlılığına göre, bağımlı ve bağımsız kaynaklar şeklinde bir sınıflandırma yapılabilir. Bağımsız kaynaklar, çekilen akım ne olursa olsun, kaynak değerinin değişmediği ve devredeki herhangi bir elemana bağlı olmayan kaynak çeşididir. Bağımlı kaynaklar ise, devrede tanımlı bir gerilime veya akıma bağlı olan kaynak çeşididir. Bağımlı kaynaklar baklava dilimi şeklinde, bağımsız kaynaklar ise daire sembolüyle gösterilirler. Kaynak sınıflandırmalarından bir diğeri, zaman bağımlılığına göre yapılan DC kaynak ve AC kaynak sınıflandırmasıdır. DC kaynakların çıkışı zamandan bağımsız iken, AC kaynakların çıkışı zamanla değişir. AC kaynakların çıkışı zamanın bir fonksiyonu şeklindedir.

Direnç kavramı elektrik devrelerinde çok önemlidir. Başlıca görevleri akımı sınırlandırmak ve gerilimi paylaştırmaktır. Bir iletkenin içinden geçen akıma karşı gösterdiği zorluğa direnç olarak adlandırılır. Birimi Ohm’dur. Bir iletkenin direnci; iletkenin boyu, kesiti ve iletkenin yapıldığı malzemenin özdirencine bağlıdır. İletkenin uzunluğu ile doğru, kesiti ile ters orantılıdır.

Dirençlerin değerleri üzerlerine renk kodları ile kodlanır. Dirençlerin üzerinde sayı değeri, çarpan ve toleransını gösteren renk bantları bulunur. Dirençlerin değerlerinin okunmasında kullanılan direnç renk kodlarını ve karşılık geldikleri rakamsal değerleri aşağıdaki gibidir:

• Siyah – 0
• Kahverengi – 1
• Kırmızı – 2
• Turuncu – 3
• Sarı – 4
• Yeşil – 5
• Mavi – 6
• Mor – 7
• Gri – 8
• Beyaz – 9

Dirençlerin üzerinde 3, 4 veya 5 renk bandı bulunabilir. 3 bantlı dirençlerin toleransı %20 dir. 4 veya 5 bantlı dirençlerin son renk bandı tolerans değerini belirler. Dirençlerin değerlerinin belirlenmesinde kullanılan temel tolerans değerlerini ve bu değerleri gösteren renk kodları ise aşağıdaki gibidir:

• Altın rengi ±%5
• Gümüş rengi ±%10
• Renksiz ±%20

Ohm Kanunu

Ohm Kanunu, bir iletkenin uçlarındaki gerilimin akımla doğru orantılı olarak değiştiğini ifade eder. Bir devrede, kısa devre olduğunda direnç sıfır olduğundan gerilim de sıfır olur. Bir devrede açık devre söz konusuysa, bu durumda akım sıfır olduğundan direnç sonsuz olur.

Dirençlerin Devre İçindeki Bağlantıları

Dirençler elektrik devrelerinde seri veya paralel olarak yer alırlar. Seri bağlanmış dirençlerin toplam eşdeğer direnci, her bir direncin değerinin tek tek toplanması ile elde edilir. Paralel bağlanmış dirençlerin toplam eşdeğer direncinin tersi, her bir direncin değerinin tersinin tek tek toplanması ile elde edilir. Elde edilen sonucun tekrar tersi alınırsa paralel direnç grubunun toplam eşdeğer direnci bulunur.

Birbirine seri bağlanmış direnç ve gerilim kaynağından oluşmuş devrede dirençler üzerine düşen gerilimler, direnç değerleri ile doğru orantılı olarak paylaşılırlar. Birbirine paralel bağlanmış direnç ve gerilim kaynağından oluşmuş devrede dirençler üzerinden geçen akımlar, direnç değerleriyle ters orantılı olarak paylaşılırlar.