Temel Elektronik
TEMEL ELEKTRONİK
Elektrik Devresi,
Akım ve Gerilim, Direnç Yapısı ve Çeşitleri
Elektrik Devresi
Elektrik devresi, direnç kondansatör, iletim hatları, güç
kaynağı ve anahtarlar çeşitli devre elemanlarının bir araya gelerek oluşturduğu
devrelere verilen isimdir. Bir elektrik devresi, içinden geçen akımın tam bir
döngü yapmasını sağlayan kapalı bir devredir. Eğer bir elektrik devresi aktif
bir elektronik eleman içeriyorsa buna elektrik devresi denmektedir. Elektrik
akımının yönü, elektronların hareket yönünün tersi yönedir.
Akım ve Gerilim
Gerilim ya da voltaj elektronları maruz kaldıkları
elektrostatik alan kuvvetine karşı hareket ettiren kuvvettir. Bir elektrik
alanı içindeki iki nokta arasındaki potansiyel fark olarak da tarif edilir.
Gerilimin sembolü U veya E harfleridir. Gerilim voltmetre ile ölçülür.
Ampermetre – Ohm metre aracılığıyla da değeri Ohm yasası kullanılarak
hesaplanabilmektedir. Elektrik akımı iletken bir cismin kesitinden geçen
serbest elektron miktarıdır. Başka bir değişle elektrik akımı serbest
elektronların iletken madde içinden akmasıdır. Elektrik akım şiddet birimine
Amper denir. Bir devreden elektrik akımının akabilmesi için o devrenin Kapalı
Devre olması gerekir. Eğer devre açık olursa serbest elektronlar havada
geçemeyecekleri için elektrik akımı akmaz. Bu şekilde ki devrelere da Açık
Devre denir.
Direnç Yapısı ve
Çeşitleri
Direnç Nedir?
Direncin kelime anlamı, bir şeye karşı gösterilen
zorluktur. Devre elemanı olan dirençte devrede akıma karşı bir zorluk
göstererek akım sınırlaması yapar. Elektrik enerjisi direnç üzerinde ısıya
dönüşerek harcanır. Direncin birimi “Ohm” dur. Devreden geçen akımı
sınırlayarak belli bir değerde tutmak, devrenin beslenme gerilimini bölüp
küçülterek diğer elemanların çalışmasını sağlamak, hassas devre elemanlarının
yüksek akımdan zarar görmesini engellemek, yük görevi yapmak ve ısı enerjisi
elde etmek gibi amaçlarla kullanılır.
Yapıldıkları Maddeye Göre Direnç Çeşitleri
·
Karbon
Karışımlı Dirençler
·
Film
Dirençler
·
Tel Sarımlı
Dirençler
Direnç Bağlantı Türleri
·
Paralel
Bağlantı
·
Seri Bağlantı
Ohm Kanunu, Kirşof
Kanunları, Direnç Bağlantıları
Ohm Kanunu
Ohm kanunu ya da Ohm yasası; 1827 yılında Georg Simon Ohm
tarafından bulunmuştur. Elektrik devrelerinde voltaj, akım ce direnç arasında
bir bağlantı mevcuttur. Voltaj, akım ve direnç arasında bir bağlantının
bulunduğu bu elektrik devresinde iki nokta arası uzunluğuyla ters orantılıdır
işte bağlantıyı veren kanuna Ohm kanunu ya da Ohm yasası denir.
Kirşof Kanunları
Kirşof gerilim kanunu ile devreye uygulanan gerilim,
dirençler üzerinde düşen gerilimlerin toplamına eşittir. Kirchhoff Yasası seri,
paralel ve karmaşık elektrik devrelerinin analizinde kullanılan, elektrik
enerjisi ve yükünün korunumuna dayalı, ilk kez 1845 senesinde Gustav Kirchoff
tarafından tanımlanan iki eşitliktir. Kirşof kanunu akım ve gerilim durumlarını
inceler. Kirşof kanunu Ohm kanunu’ nun tamamlayıcısıdır.
Kirşof Kanunu ikiye ayrılır:
1.
Kirşof
Akımlar Kanunu
Kirşof
akımlar kanunu ile bu kanun aynı zamanda birinci kanun ve düğüm kanunu olarak
da adlandırılır. Bu kanuna göre herhangi bir düğüm noktasına gelen akımların
toplamı, çıkan akımların toplamına eşittir.
2.
Kirşof
Gerilim Kanunu
İkinci Kirşof
kanunu elektrik gerilimi ile ilgili bir kanundur. Devre elemanlarını meydana
getiren lamba, havya ve ocakta düşen gerilimleri ölçmek için her birine paralel
ayrı ayrı voltmetreler bağlayalım. Uyguladığımız gerilimi ölçmek için her
birine paralel bir voltmetre bağlayalım. Devreye gerilim uyguladığımızda
elemanlara bağladığımız voltmetrelerin gösterdikleri değerlerin toplamı;
uygulanan gerilimi, okuduğumuz voltmetrenin gösterdiği değere eşit olduğu
görülür.
Düğüm Gerilimleri
Yöntemi
Devre Analizi tekniklerinin en baş konusu olan Düğüm
Gerilim Yönteminde dirençlerin üzerinden geçen akımları bulabilir üzerinde
harcanan veya kazanılan gücü bulabiliriz. Devre analizi yaparken çok sık
kullandığımız düğüm gerilim yönteminde önemli olan düğüm noktalarını iyi
belirlemektir. Düğüm noktası 2 veya 2’den daha fazla devre elemanını bağlayan
noktadır.
Thevenin ve Norton
Teoremleri
Norton Teoremi
Norton Teoremi, elektrik devrelerinin çözümlenmesinin
kolaylaştırılması için kullanılan teorem ve yöntemdir. Bu yöntem sayesinde
karmaşık elektrik devreler oluşturulan basit eşdeğer üzerinden kolayca
çözülebilir. Norton teoremi, benzer bir yöntem olan Thevenin teoreminin
uzantısıdır. Teorem 1926 yılında birbirinden bağımsız olarak; Siemens
firmasından Hans Ferdinand Amyer(1895 – 1980) ve Bell Laboratuvarları ’dan
Edward Lawry Norton(1898 – 1983) tarafından geliştirilmiştir.
Thevenin Teoremi
Thevenin Teoremi, bir elektrik devresinde gerekli
dönüşümler yapıldıktan sonra, devre bir gerilim kaynağı ile ona seri bağlı bir
direnç ile gösterilmesidir. Elde edilen devreye Thevenin Eşdeğeri denir.
Gerilim kaynakları kısa devre, akım kaynakları ise açık devre yapılarak
Thevenin eşdeğer direnci bulunur. Burada amaç karmaşık olan devreyi
basitleştirmek, devreyi daha kolay değerlendirmektir.
Temel Yarı İletken
Kavramı, Diyotun Yapısı ve Doğru ve Ters Polarması
Yarı İletken
Yarı iletken üzerine yapılan mekanik işin etkisiyle
iletken özelliği kazanabilen, “NŞA”da yalıtkan olan maddelerdir. Normal durumda
yalıtkan olan bu maddeler ısı, ışık, manyetik etki ve ya elektriksel gerilim
gibi dış etkiler uygulandığında bir miktar değerlik elektronlarını serbest hale
geçirerek iletken duruma gelirler. Uygulanan bu dış etki veya etkiler ortadan
kaldırıldığında ise yalıtkan duruma geri dönerler. Bu özellik elektronik alanında
yoğun olarak kullanılmaları sağlanmıştır.
Diyotun Yapısı
Diyot tek
yöne elektrik akımını ileten bir devre elemanıdır. Diyotun P kutbuna "
Anot ", N kutbuna da " Katot " adı verilir. Diyot N tipi madde
ile P tipi maddenin birleşiminden oluşur. Bu maddeler ilk birleştirildiğinde P
tipi maddedeki oyuklarla N tipi maddedeki elektronlar iki maddenin birleşim
noktasında buluşarak birbirlerini nötrlerler ve burada " Nötr " bir
bölge oluştururlar. Bu nötr bölge, kalan diğer elektron ve oyukların
birleşmesine engel olur.
Diyot Çeşitleri
·
Kristal Diyot
·
Zener Diyot
·
Tünel Diyor
·
Işık Yayan
Diyot LED
·
Foto Diyot
·
Ayarlanabilir
Kapasiteli Diyot
·
Mikrodalga
Diyot
·
Gunn Diyot
·
IMPATT Diyot
·
Baritt Diyot
·
Ani
Toparlanmalı Diyot
·
Pin Diyot
Diyotlar Başlıca Üç Ana Gruba Ayrılır:
1.
Lamba Diyotlar
Lamba diyotlar en yaygın biçimde redresör ve
detektör olarak kullanılmıştır. Sıcak katotlu lamba, civa buharlı ve tungar
lambalar bu gruptandır. Sıcak katotlu lamba diyodun iç görünüşü ve çalışma
şekli verilmiştir.
2.
Metal Diyotlar
Bakır oksit ve selenyum diyotlar bu gruba
girmektedirler. Bakı oksit diyotlar ölçü aletleri ve telekominikasyon devreleri
küçük gerilim ve küçük güçle çalışan devrelerde, selenyum diyotlar ise birkaç
kilowatt’a kadar çıkan güçlü devrelerde kullanılır.
3.
Yarı İletken Diyotlar
Yarı iletken diyotları, P ve N tipi germanyum veya
Silikon yarı iletken kristallerinin bazı işlemler uygulanarak bir araya
getirilmesiyle elde edilen diyotlardır. Hem elektrikte hem de elektronikte
kullanılmaktadır.
Doğrultucular
Doğrultucu veya redresör, bir ya da daha fazla yarı
iletken elemandan oluşan alternatif akımı doğru akıma çevirmek için kullanılan
elektriksel bir devredir. AC'
yi doğrultmak için tek bir diyot kullanıldığı zaman doğrultucu AC' yi DC' ye çeviren bir diyot olarak
tanımlanır.
Doğrultma alternatif
akımın (AC) doğru akıma (DC) döndürülmesi işlemidir. Bütün doğrultucular, tek
bir diyot ile mümkün olan AC’ yi DC ye dönüştürme işlemini daha verimli
yapabilmek için birden fazla diyotun belirli bir şekilde birbirine
bağlanmasıyla yapılır. Doğrultma işlemi ÖZEL olarak yarı iletken diyot’ lar
üzerinden gerçekleştirilir. Yarı iletken elemanlardan oluşan doğrultucular
geliştirilmeden önce vakum tüpleri kullanılırdı.
Kırpıcılar
Elektronik biliminin temel işlevi, elektriksel sinyalleri
kontrol etmek ve ihtiyaca göre işlemektir. Pek çok cihaz tasarımında
elektriksel bir işareti istenilen seviyede kınamak veya sınırlandırmak
gerekebilir. Belirli bir sinyali kırpma veya sınırlama işlemi için genellikle
diyotlardan yararlanılır. Kırpıcı devreler, girişine uygulanan işaretin bir
kısmını çıkışana aktarıp, diğer bir kısmını ise kırpan devrelerdir. Devrenin
çalışmasını kısaca anlatalım. Giriş işaretinin pozitif alternansında diyot
doğru yönde polarmalanır. Giriş işaretinin negatif alternansında ise diyot ters
yönde polarmalanmıştır. Dolayısıyla kesimdedir.
Transistorler ve
Transistor Çeşitleri
Geçirgeç veya transistor girişine uygulanan sinyali
yükselterek gerilim ve akım kazancı sağlayan, gerektiğinde anahtarlama elemanı
olarak kullanılan yarı iletken bir elektronik devre elemanıdır. BJT çift
birleşim yüzeyli transistordur. İki N maddesi, bir P maddesi ya da iki P
maddesi, bir N maddesi birleşiminden oluşur. Transistor üç kutuplu bir devre
elemanıdır. Devre sembolü üzerinde orta kutup Base, okun olduğu kutup Emitter,
diğer kutup Collector olarak adlandırılır. Base akımının şiddetine göre
kollektor ve emiter akımları ayarlanır. Bu ayar oranı kazanç faktörüne göre
değişir. Transistörler elektronik cihazların temel yapı taşlarındandır. Günlük
hayatta kullanılan elektronik cihazlarda birkaç taneden birkaç milyara varan
sayıda transistör bulunabilir.
Transistörler yapısal bakımdan, yükselteç olarak çalışma özelliğine
sahip bir devre elemanıdır. Daha yaygın kullanım amacı ise devrede anahtarlama
yapmaktır. Elektroniğin her alanında kullanılmaktadır. Dolayısı ile
teknolojinin en değerli elektronik devre elemanlarından biridir.
Transistör Çeşitleri
·
Yüzey Birleşmeli Transistör
·
Nokta Temaslı Transistör
·
Unjonksiyon Transistör
·
Alan Etkili Transistör
·
Foto Transistör
·
Tetrot Transistör
·
Koaksiyal Transistör
Küçük Sinyal
Yükselteçleri
Transistörlü AC yükselteçler iki grupta incelenir.
Birincisi; transistörlü devreye uygulanan sinyal çok küçükse örneğin 1mV gibi
ise o zaman transistörlü devre “Küçük Sinyal Yükseltici” olarak incelenir.
Küçük Sinyal Yükselteçlerini incelemek için transistorun küçük sinyal modelini
göz önüne almak gerekir. Bir diğer durum ise; Transistörün büyük sinyal altında
çalışması örneğin güç yükselteci olarak çalışmasıdır. AC sinyal altında
transistörler özellikle çalışacakları frekansa göre de farklılıklar
göstermektedir.
Opamp
Elektronik sistemlerde işlenecek sinyallerin hemen hemen
hepsi genliğe sahip yani zayıftır. Bu sistemlerin pek çoğunda yeterli derecede
yükseltilmiş elektriksel sinyallere ihtiyaç duyulduğundan, sinyalleri istenilen
derecede kuvvetlendirmek için yükselteç yani amplifikatör devreleri kullanılır.
Yükselteçler gerilim ya da akım yani sonuç olarak güç kazanmak için kullanılır.
Bir yükselteç girişine uygulanan zayıf elektrik sinyallerini, devresindeki
aktif devre elemanları yardımı ile çıkışına büyütülmüş olarak aktarır. Bunu
yaparken güç kaynağından aldığı enerjiyi kullanır. Bu enerjiyi, giriş sinyali
ile aynı özellikte fakat daha güçlü bir çıkış sinyali elde etmek üzere işler.
Sonuçta, yükseltecin çıkışından alınan elektriksel sinyalin gücü, girişine
uygulanan sinyalin gücünden daha yüksektir.
Opamp Özellikleri
İşlemsel yükselteçlerin temel özellikleri; yüksek giriş
direnci, düşük çıkış direnci ve yüksek gerilim kazancıdır. İşlemsel
yükselteçler 1940’lı yıllardan beri biliniyor olmalarına rağmen, yükselteçlerin
yapımında direnç, kondansatör ve transistör gibi çeşitli devre elemanları
gerektiği ve karmaşık içyapıları nedeniyle çok değerli olmadıkça
kullanılmamışlardır. Entegre teknolojisinin gelişimi ile işlemsel
yükselteçlerin üretimi kolaylaşmış ve kullanımları hızla artmıştır. Günümüzde
işlemsel yükselteç denildiği zaman akla tümleşik devreler gelmektedir. İşlemsel
yükselteçler BJT, JFET ve ya MOSFET kullanılarak üretilir. Giriş dirençlerinin
yüksek olması sebebiyle JFET transistörler yaygın kullanılmaktadır.
Endüstride
Kullanılan Yarı İletken Malzemeler
Yarı iletken üzerine yapılan mekanik işin etkisiyle
iletken özelliği kazanabilen, ‘NŞA’ da yalıtkan olan maddelerdir. Normal
durumda yalıtkan olan bu maddeler ısı, ışık, manyetik etki ve ya elektriksel
gerilim gibi dış etkiler uygulandığında bir miktar değerlik elektronlarını
serbest hale geçirerek iletken duruma gelirler uygulanan bu dış etki veya
etkiler ortadan kaldırıldığında ise yalıtkan duruma geri dönerler. Bu özellik
elektronik alanında yoğun olarak kullanılmalarını sağlanmıştır.
Yarı İletken Devre
Elemanları
LED
LED güç durumunu göstermekten genel aydınlatmaya kadar
neredeyse tüm elektrikli cihazlarda kullanılmaktadır. Sürekli gelişen
kapasiteleri ve özellikleri sayesinde sadece elektronik cihazlarda değil
geleneksel ampul ve floresan lambaları değiştiren ana ışık kaynağı olarak da
ortaya çıkmıştır. Elektriksel olarak, bir LED basitçe, bir p – n bağlantısından
oluşan bir diyot içermektedir. P tarafı yani anot, pozitif yüklü çoğunluk
taşıyıcıları ve n tarafı yani katod ise negatif yüklü çoğunluk taşıyıcıları içermektedir.
P – N bağlantısına iletim yönünde gerilim uygulandığında elektronlar n
bölgesinden p bölgesine doğru, deliklerse p bölgesinden n bölgesine doğru
hareket eder. Temas bölgesinde elektronlar ve delikler birleşirken enerjilerini
foton / ışık enerjisi olarak açığa çıkarırlar. Sonuç olarak LED ışık yaymış
olur.
Güneş Pilleri
Güneş pilleri, yarı iletkenlerden yapılır. Yarı iletken
özellik gösteren birçok malzeme arasında güneş pili yapmak için en elverişli
olanlar; Si, galyum arsenit, kadmiyum, tellür gibi malzemelerdir. Yarı iletken
malzemelerin güneş pili olarak kullanılabilmeleri için n ya da p tipi
katkılamaları gereklidir. Katkılama, saf yarı iletken eriyik içerisine
istenilen katkı maddelerinin kontrollü olarak eklenmesiyle yapılır.
Yorumlar
Yorum Gönder