Devre Analizi Laboratuvarı Dersi 2. Ünite Özet

Giriş

Enerji üretim, iletim ve dağıtım işlemlerinde elektronik cihazlar oldukça önemli parçalardır. Elektronik cihazların temelini elektrik devreleri oluşturmaktadır. Elektrik devreleri direnç, kondansatör ve indüktör gibi temel elemanlardan oluşmaktadır. Bu elemanların çeşitli tasarımları, elektrik devreleri ve cihazları meydana getirmektedir. Bu ünitede elektrik devrelerinin temelini oluşturan dirençlerin değişik kombinasyonlarla bağlanarak oluşturdukları temel elektrik devrelerinin analizi yapılacaktır. Devrelerin eşdeğer dirençleri bir multimetre yardımıyla belirlenecektir. Devrelerde dinçler üzerindeki voltaj ve akım değerleri Ohm yasası yardımıyla belirlenecektir. Devredeki dirençler üzerindeki gerilim (potansiyel fark, voltaj) ve akım değerleri multimetreden okunarak belirlenecektir. Elektrik devresini analiz ederken kullanılan ölçüm araç ve gereçleri olan voltmetre, ampermetre ve ohmmetre’nin kullanımı konusundaki temel bilgiler bu ünitede verilecektir.

Güvenlik Önlemleri

Çalıştığımız ortamlarda meydana gelebilecek kaza ihtimallerini azaltmak için aşağıda verilenler dikkate alınmalıdır.

• Bulunduğumuz ortamda tehlikelere karşı dikkatli ve güvenlik önlemleri alarak çalışmalıyız.

• Elektrik laboratuvarında çalışmaya başlamadan önce, laboratuvardaki görevliler öğrencilere bir tehlike anında laboratuvardaki elektriği kesecek ana elektrik panosunun yerini ve elektrik enerjisinin nasıl kesileceğini öğretmelidir.

• Öğrencilere, herhangi bir kaza anında itfaiyeye, sağlık görevlilerine ve okulda bulunan görevlilere nasıl haber verecekleri konusunda bilgi verilmelidir.

Teorik Bilgi

Bir elektrik devresini oluşturan temel elemanlardan biri de dirençtir. Bir elektrik devresinin direnç değerini bir tek dirençle sağlamak teknolojik olarak her zaman mümkün değildir. Örneğin 51 ?’luk bir dirence ihtiyacımız olduğunda bunu piyasada bulunan 50 ve 1 ?’luk dirençleri çeşitli şekillerde bağlayarak sağlayabiliriz. Bunun için dirençleri seri yada paralele bağlanması kullanılacaktır.

Birden fazla dirence sahip bir devredeki bütün dirençlerin yerine geçecek tek bir direnç değeri hesaplanır ki buna biz eşdeğer direnç denir. Eşdeğer direnç devredeki dirençlerin bağlantı şekline göre hesaplanmış tek bir direnç değeridir. Başka bir deyişle dirençlerin seri veya paralel bağlanma şekillerine göre hesaplanmış direnç değeridir. Seri veya paralel bağlı direnç devresinde eşdeğer direncin hesaplanması devrenin tanımlanması açısından önemlidir. Öncelikle yapılması gereken devrede dirençlerin seri veya paralel bağlı olduklarını belirlemek ve dirençlerin bağlantı şekillerine göre eşdeğer direnç değerlerini hesaplamaktır. Seri bağlı bir direnç devresi, dirençlerin ardışık bağlanmasıyla oluşturulur, (S:29, Şekil 2.1). Şekilde verilen dirençler ardışık bağlanarak seri direnç devresi breadboard üzerinde kurulmuştur, (S:29, Şekil 2.2). (S:29, Şekil 2.2)’de verilen breadboard üzerindeki seri bağlı direnç devresinin elektrik devresindeki gösterimi ise (S:29, Şekil 2.3)’te verilmiştir. Bu şekilde verilen seri bağlı devrenin eş değer direnci;

31

olarak hesaplanır. Eğer devrede çok sayıda (n tane) seri bağlı direnç bulunuyorsa bu durumda devrenin eşdeğer direnci;

31

ifadesiyle hesaplanır. Eşitlikten de anlaşılacağı üzere, bir elektrik devresinde kaç tane seri bağlı direnç varsa bunların değerlerinin toplamı seri bağlı dirençlerin eşdeğer direncini vermektedir.

Bir elektrik devresinde istenilen direnç değerini elde etmek için kullanılan diğer bir bağlama şekli paralel bağlamadır. (S:30, Şekil 2.6)’da üç farklı direncin breadboard üzerinde paralel bağlanması gösterilmiştir. Şekilden de görüldüğü gibi, paralel bağlama dirençlerin kolları (uçları) ayrı ayrı diğer dirençlerin kollarıyla birleştirilerek oluşturulmuştur. (S:31, Şekil 2.7)’de breadboard üzerinde oluşturulan paralel bağlı direnç devresinin elektrik devresindeki şematik görünümü verilmiştir. 31 ve 31 dirençlerinden oluşan parallel bağlı devrenin eş direnci,

31

şeklinde hesaplanır. Devrede çok sayıda paralel bağlı direnç varsa bu durumda eşdeğer direnç,

31

olarak hesaplanır. Burada n devredeki paralel bağlı direnç sayısını gösterir. Yukarıda yazılan eşitliğe göre, paralel bağlı devrede eşdeğer direnç, direnç değerlerinin tersleri alınarak toplanır ve çıkan sonucun tersi alınarak hesaplanır. Örneğin 31 ve 31 dirençleri ile oluşturulan paralel bağlı devrenin eşdeğer direnci,

31

31

31

olarak hesaplanır.

Elektronik devrelerde kullanılan diğer önemli bir cihaz ise güç kaynağıdır. Güç kaynağı elektrik devrelerine voltaj ve akım sağlayan cihazlardır. Güç kaynakları ac (alternative current) alternatif akım ve voltaj, dc (direct current) doğru akım ve voltaj sağlayabilen elektrikli cihazdır. (S:32, Şekil 2.10)’da dc akım-voltaj sağlayabilen güç kaynağı gösterilmiştir.

Bir direnç devresinin elektrik cihazı olarak kullanılabilmesi, devreye gerilim uygulanması ve devre elemanlarının üzerinden elektrik akımının geçmesiyle mümkündür. Ohm yasasına göre bir direnç üzerine gerilim uygulandığında devre elemanları üzerinden direnç değerine bağlı olarak bir akım geçer. Devrede geçen akımla voltaj arasındaki matematiksel ifade,

31

eşitliği ile verilir. Burada 31 devredeki 31 direnci üzerine uygulanan gerilimi ve 31 direnç üzerinden geçen elektrik akım şiddetini gösterir.

Elektrik cihazının çalışabilmesi için devrede bulunan elemanlar üzerine uygulanan gerilimin veya elemanlar üzerinden geçen akımın bilinmesi önemlidir. Devredeki direnç üzerindeki gerilimi veya daha genel bir ifadeyle herhangi bir eleman üzerindeki gerilimi voltmetre yardımıyla ölçeriz. Direnç üzerindeki gerilimi okuduğumuz cihaza voltmetre adı verilir. Direnç üzerindeki gerilimi okuyabilmek için voltmetre direnç üzerine paralel olarak bağlanmalıdır. (S:32, Şekil 2.11)’den görüleceği üzere voltmetre R direnci üzerine paralel olarak bağlanmıştır. Bu durumda voltmetrenin okuyacağı gerilim değeri, R direnci ü zerindeki gerilim değeri olacaktır. Bir elektrik direnç devresinde ? harfi besleyen pil, akü sembolize edilir. Bu cihazlara kısaca güç kaynağı denir. Şekilde dikkat çeken diğer bir nokta I akımı güç kaynağının pozitif ucundan çıkıp direnç üzerinden geçerek negatif uca gelmektedir. Akımın pozitif uçtan, direnç üzerinden geçerek, negatif uca gelmesi “devreyi tamamlama” olarak adlandırılır. Bir direnç üzerindeki gerilimi okumak için voltmetrenin pozitif ucunun (kırmızı) güç kaynağının pozitif ucuna, voltmetrenin negatif (siyah) ucunun da güç kaynağının negatif ucuna dokundurulduğuna dikkat edelim. Bir direnç üzerinden geçen akım ampermetre yardımıyla okunur. Akımı ölçen cihaza ampermetre diyoruz. Gerilim belirleme yönteminden farklı olarak direnç üzerinden geçen akım ampermetrenin dirence seri bağlanmasıyla ölçülür. (S:34, Şekil 2.12)’de direnç üzerinden geçen akımı belirlemek için ampermetrenin devreye seri olarak bağlandığı görülmektedir.

Bir direnç devresinde herhangi bir direnç üzerindeki gerilim voltmetreyle ve dirençten geçen akımın ampermetreyle ölçüleceğini daha önce söylemiştik. Ancak bu işlem için çoğunlukla voltaj, akım, ohm veya kapasitans gibi değerlerin ölçülebildiği multimetreler kullanılır. Multimetreler ayrı ayrı ölçümler için çok sayıda cihaz kullanma zorunluluğundan bizleri kurtarır. Biz de direnç, gerilim ve akım değerlerini ölçerken multimetreden yararlanacağız

Seri bağlı direnç devresinde sırası ile eşdeğer direnci, dirençler üzerindeki gerilimi ve dirençlerden geçen akım değerlerini okuyalım. Bu işlemler için kullanacağımız multimetre (S:34, Şekil 2.13)’te verilmiştir. Voltmetre ile seri bağlı direnç devresindeki dirençlerin üzerindeki gerilim değerlerinin ölçülmesi (S:35, Şekil 2.14)’te verilen 31 ve 31 dirençlerinden oluşan seri bağlı direnç devresi incelenmiştir. 31 üzerinden ölçülen gerilim; 31, 31 üzerinden ölçülen gerilim; 31 ve 31 üzerinden ölçülen gerilim; 31 olup toplam gerilim 31 olduğundan

31

olarak bulunur. Dolayısıyla devrede n adet seri bağlı direnç olduğu durumda toplam gerilim

31

Eğer ampermetre ile seri bağlı dirençlerden geçen akımı ölçmek istersek, akım yukarıdaki formülden

31

olarak bulunur.

(S:37, Şekil 2.20)’de 31 ve 31 dirençlerinden oluşan parallel bağlı devre verilmiştir. Paralel bağlı devrede dirençler üzerindeki gerilim ifadesi,

31

olarak verilir. Devredeki dirençler aynı zamanda güç kaynağına da paralel bağlı olduğundan,

31

olarak verilir. Akımın kollara ayrıldığı paralel bağlı direnç devresinde her bir koldaki akım değerlerini ampermetre ile ölçelim. 31 direnci üzerinden geçen akımı ölçmek için ampermetre bu dirence seri bağlanır, (S:38, Şekil 2.21). Bu durumda ampermetrenin ölçeceği akım değeri 31 olmak üzere

31

olarak verilir. Benzer şekilde 31 ve 31 dirençlerinden geçen akımlar sırasıyla

31

31

olarak hesaplanır. 31 oluğundan ana koldan geçen akım

31

olarak ölçülür.

Deneyde Kullanılan Araç ve Gereçler

Deneyde kullanacağımız araç ve gereçler aşağıda listelenmiştir.

1. DC güç kaynağı: 1 adet

2. Multimetre: 1 adet

3. 50 cm uzunluğunda kırmızı ve mavi güç kaynağı bağlantı kablosu : 2 adet

4. Siyah ve kırmızı multimetre bağlantı probları: 2 adet

5. Breadboard: 1 adet

6. Çeşitli değerlerdeki dirençler

7. Kargaburun ve yan keski: 2 adet

Deney Düzeneğinin Kurulması ve Deneyin Yapılışı

Bu bölümde 470 ?, 1 k? ve 2,2 k?’luk dirençlerin breadboard üzerine seri yada paralele bağlanması sonucu devredeki eşdeğer direnç, akım ve gerilimin voltmetre, ohmmetre ve multimetre ile ölçülmesi verilmiştir.

(S:40, Şekil 2.25)’te 470 ?’luk direnç değerinin ohmmetre ile belirlenmesi verilmiştir. (S:40, Şekil 2.26)’da ohmmetre olarak ayarlanmış multimetre verilmiştir. (S:40, Şekil 2.25)’te görüldüğü gibi dokundurarak ohmmetrenin ekranından direncin tam değerini okunabilir. Bu işlemleri 1 k? ve 2,2 k?’luk dirençlere uygulayarak ölçtüğünüz direnç değerlerini (S:41, Çizelge 2.1)’de verilen yerlere yazılacaktır. Eğer ohmmetre ekranından herhangi bir değer okunamıyorsa ohmmetrenin üzerindeki dönebilen anahtarı büyük veya küçük ohm değerlerine çevirerek direnç değerinin okunması sağlanmalıdır. Ölçümler tamamlanınca ohmmetreyi kapatılmalıdır.

Breadboard’da seri ve paralel bağlı devrede Ohmmetre ile eşdeğer direncin ölçülmesi (S:41, Şekil 2.28) ve (S:41, Şekil 2.29)’da verilmiştir.

Bir direnç üzerindeki gerilim değerinin voltmetre ile ölçülmesi (S:42, Şekil 2.30) ve (S:43, Şekil 2.31)’de verilmiştir. Benzer şekilde bir direnç üzerinden geçen akım değerinin ampermetre ile ölçülmesi (S:43, Şekil 2.32), (S:44, Şekil 2.33) ve (S:44, Şekil 2.34)’de incelenmiştir.

Seri bağlı direnç devresinde dirençler üzerindeki gerilimin ölçülmesi (S:45, Şekil 2.36), seri bağlı devrede dirençler üzerinden geçen akımın ölçülmesi(S:47, Şekil 2.38), paralel bağlı devrede dirençler üzerindeki gerilimin ölçülmesi(S:48, Şekil 2.40), paralel bağlı devrede dirençler üzerinden geçen akımın ölçülmesi(S:49, Şekil 2.42)’de incelenmiştir.

Deney Sonuçlarının Değerlendirilmesi

Yukarıda yapılan deneyler sonucunda elde edilen verilerin değerlendirilmesi bu bölümde yapılacaktır.

Bu Deney Size Ne Kazandırdı?

Deney sonucunda araştırmacın elde ettiği kazanımlar nelerdir?