'Elektronik Nedir' Kategorisindeki Yazılar
Transformatör sargılarından birisine uygulanan bir alternatif gerilim elektromanyetik endüksiyon yolu ile diğer sagılardan aynı frekansta fakat değişik gerilimde ve akımı da dönüştüren ve hareketli parçası olmayan elektrik makineleridir.Tranformatörler daha çok enerji iletimi ve dağıtımında kullanılır. Bunun yanı sıra elektronikte de kullanıldığı yerler vardır.
Elektrik enerjisinin santralardan kullanımı olanlarına iletimi sırasında hatlarda ısı şeklinde güç kaybı ve gerilim düşümü olur. Bunu önlemek veya askariye indirmek için güç sabit tutulup gerilim yükseltmesi gerekir. Gerilim yükselince güç sabit kaldığına göre akım değeri düşer. Böylece hatlarda kullanılan iletken kesitleri küçülür ve sonuçta gerilim yükseltilmesi hem güçü kaybını azaltmış hem de ekonomik açıdan fayda sağlamış olur. Armatürlerde 400 W ile 35 KW arasında üretilen alternatif gerilim transformotürler aracı ile daha büyük gerilim değerlerine yükseltilerek enerji iletimi hatları ile dağıtım bölgelerine iletilir. Dağıtım bölgelerine gelen bu yüksek gerilim ile transformatörlerle kullanılacak gerilim değerine düşürülür.İşte transformatörler gerilim yükseltmeleri nedeni ile yükseltici transformatörler ve düşürümeli nedeni ile düşürücü transformatörler olarak iki kısımda ayrılır. Transformatörlerle düşürülen ve yükseltilen gerilimler değerlerine göre isimlendirilmesi. Bunlar ;
Alçak Gerilim (AG) 0-1 kV
Orta Gerilim (OG) 1,3,5,6,10,15,20,25,30,35 kV
Yüksek Gerilim (YG) 45,60,110 kV
Çok Yüksek Gerilim (ÇYG) 150,220,380,400 kV
Hareketli parcaları olmadığından ve manyetik kayıpları konstriksiyon yapısı ile en aza indirgenmesi ile elektrik makineleri içersinde verimleri en yüksek (196.6) civarında olan transformatörlerdir. Transformatörler 750 kV’ a kadar gerilimlerde ve 1 VA birkaç yüz mVA kadar güçlerde yapılır.
Transformatörün Sınıflandırılması
Transformatörün çeşitli özellikleri dikkate alınarak sınıflandırılır. Bu sınıflandırmalar şu şekil özetlenebilir;
Manyetik nüvenin yapılış şekline göre;
Çekirdek tipi
Mantel tipi
Dağılmış tip nüveli,
Faz sayısına göre;
Primer ve sekonder aynı sayıya faza sahip olanlar,
Primer ve sekonder farklı sayıda faza sahip olanlar.
Soğutma şekline göre;
Kuru transformatörler
Yağı transformatörler
Kuruluş yerine göre;
İtip transformatörler
Açık hava tipi transformatörler
Sargı tipine göre;
Silindirk sargılı
Dilimli sargılı
Çalışma prensiplerine göre;
Sabit gerilimli
Sabit akımlı
Sargı durumlarına göre;
Yalıtılmış sargılı
Oto trabsformatörler
Soğutucu cinsine göre;
Hava ile soğutulanlar
Yağ ile soğutulanlar
Su ile soğutulanlar
Kullanılış amaçlarına göre;
güç transformatörleri
ölçü transformatörleri
çeşitli aygıt, makineler yerlerde kullanılan transformatörler.
Transformatörlerin Yapıları
Transformatörler ince, özel silisli saçlardan oluşan kapalı bir manyetik gövde ile bunun üzerine sarılmış iletkenlerle sarılan sargılardan oluşur. En basit şekilde transformatörler iki sargı bulunur. Bu sargılardan birine Primer veya birinci devre ötekine ise Sekonder ve ikinci devre adı verilir. Primer ve sekonder sargılarının birbirleri ile elektriksel bir bağlantısı yoktur. Ancak özel olarak yapılan oto transformatörlerinde her iki sargı elektriksel olarak birbirleri ile bağlantılıdır.
Transformatörlerin Çalışma Prensibi
Transformatörün primer sargılarına doğru gerilim uygulandığında, demir nüve üzerindeki gene bir manyetik alan oluşur. Ancak bu manyetik alan, sabit bir alandır. Bu alanın yön ve şiddeti değişmediğinden sekonder sargılarında emk endüklenmesi söz konusu olamaz. Çünkü endüksiyon kurallarına göre, değeri değişe manyetik alanlar tarafından etiketlenen sargılarda endüksiyon gerilimleri oluşabilir. Doğru akımın verilişi ve kesilişi sırasında sekonderde endüksiyon gerilimleri görülebilir. Ancak manyetik alanın değişimi sürekli olmadığından transformatörler doğru akımda kullanılmazlar.
TRANSFORMATÖRLERİN BOŞTA VE YÜKLÜ ÇALIŞMALARI VE VEKTÖR DİYAGRAMLARI
Boşta Çalışma Akımı ve Etkileri
Primer devresine alternatif bir gerilim uygulanan transformatörün ikinci devresine herhangi bir yük bağlanmazsa(yani ikinci devre uçları açık bırakılırsa), bu çalışma şekline transformatörün boşta çalışması denir.
Transformatörün Yüklü Çalışması
İkinci devre uçlarına omik bir yük bağlıdır. Transformatörün primeri alternatif bir gerilimle bağlandığında gecen akım bir Æ akısı oluşturur. Æ akısı primer sargılarında uygulanan gerilime yakın ve ters yönde bir E1 Emk endükler. Sekondere bağlanan yük nedeni ile de bu sargılardan bir I2 akımı dolaşmaya başlar. I2 akımı sekonder sargılarında kendisini oluşturan Æ akısına ters yönde bir Æ2 akısı oluşturarak Æ yi zayıflaması, primerde endüklenen E1 emk si de etkileyerek küçülmesine neden olur.
TRANSFORMATÖRLERİN EŞDEĞER DEVRELERİ, ÇEŞİTLİ YÜKLERDE ÇALIŞMALARI VE REGÜLASYONLARI
Transformatörlerin Eşdeğer Devreleri
Boşta çalışan bir transformatörde yalnız primer sargılarında bir gerilim düşümü söz konusudur. Sekonderde bir yük bulunmadığı ve akım geçmediği için gerilim düşümü olmaz. Boşta çalışan bir transformatörün eşdeğer devresi; Sekondere bir yük bağlandığında, b sargılardan gecen akım oluşturduğu kacak akı reaktansı ile sargıların omik direncinin neden oldukları gerilim düşümlerini şekilde görebiliriz.
Regülasyon
Bir transformatörde primer gerilimi anma değerinde sabit tutulup, sekonderden anma yük akımı çekilirse, sekonder geriliminin boştaki değerine göre değiştiği görülür. Sekonderin boş ve tam yüklü durumdaki gerilimleri arasındaki farka transformatörün GERİLİM DEĞİŞMESİ veya GERİLİM REGÜLASYONU denir. Bu farkın, tam yüklü durumdaki sekonder gerilimine oranına GERİLİM REGÜLASYON YÜZDESİ adı verilir. Bu yüzde Avrupa ve Amerika Standartlarına göre değişik şekillerde değerlendirilmektedir.
19 Kasım 2006
Bir elektrik devresinde; Akim, Voltaj ve Direnç arasinda bir baglanti mevcuttur. Bu baglantiyi veren kanuna Ohm kanunu adi verilir. 1827 yilinda Georg Simon Ohm su tanimi yapmistir: “Bir iletkenin iki ucu arasindaki potansiyel farkinin,iletkenden geçen akim siddetine orani sabittir.”
R = V / I ( 1 )
V = I x R ( 2 )
I = V / R ( 3 )
seklinde ifade edilir. Burada R dirençtir. Bu direnç resistans veya empedans olabilir. V volttur. I de akim yani Amperdir. Su dolu bir depo olsun, bunun dibine 5 mm çapinda bir delik açalim, bir de 10 mm çapinda bir delik açalim. Büyük delikten daha çok suyun aktigini yani bu deligin suyu daha az engelledigini görürüz. Burada deligin engellemesi dirence, akan suyun miktari akima, depodaki suyun yüksekligi voltaja karsilik gelir. Elektrik devrelerinde de, bir gerilimin karsisina bir direnç koyarsaniz, direncin müsaade ettigi kadar elektron geçebilir, yani akim akabilir, geçemeyen itisip duran bir kisim elektron ise, isi enerjisine dönüsür ve sicaklik olarak karsimiza çikar. Direnç birimi “Ohm“dur bu deger ne kadar büyük ise o kadar çok direnç var anlamina gelir. Örnek: Bir elektrik ocagi teli 440 Ohm olsun, bununla yapilan elektrik ocagi ne kadar akim akitir? Cevap: Kullandigimiz sebekede gerilim 220 volttur. 220 = 440 x I olur, buradan I’nin de 0.5 Amper oldugunu görürüz.
19 Kasım 2006
Elektrik devrelerinde birden fazla direnç bulunabilir. Bir devredeki dirençler birbirleriyle seri, paralel veya karışık denilen biçimlerde bağlanmış olabilir. Böyle bir devrede hangi dirençten ne kadar akım geçeceğini, dirençlerin her birinin uçları arasındaki potansiyel farkını bulmak için eşdeğer direnç denilen bir kavram kullanılır. Devredeki dirençlerin yerine kullanılabilecek tek dirence EŞDEĞER DİRENÇ denilir. Eşdeğer Direnç, diğerlerinin ayrı ayrı sahip oldukları işlevlere tek başına sahiptir.
DİRENÇLERİN SERİ BAĞLANMASI : V1 V2
Şekildeki gibi birer uçlari birbirine bagli, diger uçlari üretece bagli, R1=3W ve R2=6W dirençleri birbirine seri bağlıdır. Üretecin kutupları arasındaki potansiyel farkı V=36 Volttur. I1 ve I2 akım şiddetlerini, dirençlerin uçları arasındaki V1 ve V2 potansiyel farklarını bulalım.
Dirençlerin seri bağlanmasını kesitleri farklı iki su borusunun şekildeki gibi ucuca eklenmesine benzetilebilir. Boruda su moleküllerinin akışı ile dirençlerden elektron akışının benzer kuralları vardır. Dp basınç farkı oluşturulunca seri bağlı boruların kesitlerinden birim zamanda geçen su miktarları (debiler) birbirine eşit olmak zorundadır. Buna göre su akışı geniş boruda yavaş, dar boruda hızlı olacaktır. Bu nedenle boruların uçları arasındaki Dp1 ve Dp2 basınç farkları aynı olmayacaktır. Örneğimizdeki küçük kesitli borunun uçları arasındaki Dp2 daha büyük olacaktır. Su borusu sistemindeki debinin elektrik devresindeki karşılığı (I) akım şiddetidir. Dp basınç farkının karşılığı da (V) potansiyel farkıdır. Bu benzetmeden çıkaracağımız sonuç:
I1 = I2 = I
Ucuca seri bağlı dirençlerde akım şiddetlerde akım şiddetleri aynı olmak zorundadır. Potansiyel farkları arasında bağıntısı vardır. Birim yükün K’dan M’ye götürülmesi için yapılması gereken iş (V), K’dan L’ye (V1) ve L’den M’ye götürülmesi için yapılması gereken işlerin toplamına eşittir. Son eşitliğe V=I.R Ohm Yasası’nı uygulayalım.
I.Reş = I1 . R1 + I2 . R2
Akım şiddetleri eşit olduğundan bu bağıntı, Reş = R1 + R2
Biçimine dönüşür. Seri baglamada Eşdeger Direnç, dirençlerin toplamına eşittir. Bu sonucunda yorumu: R1’in ucuna R2 eklendiğinde, akan elektronların aşmasi gereken direnme artarak R1 + R2 olmuştur.
Bu bilgilerle örnekteki devrede eşdeger direnç:
Reş = R1 + R2 = 3W + 6W = 9W
Üreteçten geçen I akımı:
V 36 Volt
I = = = 4 amper = I1 = I2
Reş 9 Ohm
Dirençlerden aynı akım geçecektir. Her direncin uçları arasındaki potansiyel farkı:
V1 = I . R1 = 4A . 3W = 12 Volt
V2 = I . R2 = 4A . 6W = 24 Volt
Buradan çıkarılacak sonuç: Seri bağlı dirençlerin V1 ve V2 potansiyel farkları R1 ve R2 büyüklükleriyle doğru orantılıdır.
DİRENÇLERİN PARALEL BAĞLANMASI :
Şekildeki gibi baglanmiş dirençlere birbirine paralel denir. Birim yükün şekildeki gibi herhangi bir K noktasindan, herhangi bir L noktasina götürülmesi için harcanmasi gereken enerji aynidir. Buna göre birbirine paralel bagli dirençlerin arasindaki potansiyel farklari eşit olacaktir.
V = V1 = V2
Akımın dirençlere dağılımı için yine şekildeki gibi paralel bağlı su borusu sistemi düşünülebilir. Ana borudan gelen suyun debisi saniyede 3 litre verilmiş. Geniş borudan saniyede 2 litre, dar borudan 1 litre su geçmektedir. Paralel borularının debilerinin toplamı, ana borudaki debiye eşit olmalıdır. Bu benzetmeye göre paralel dirençlerden geçen akım şiddetleri için şu eşitlik yazılabilir:
I = I1 + I2
Potansiyel farklarin eşitligi nedeniyle paralel bagli dirençlerin eşdeger bagintisi şu şekilde oluşur:
1 1 1
= +
Reş R1 R2
Örnekteki dirençlerin eşdegeri de şu şekilde bulunur:
1 1 1 2 + 1 1
= + = = Reş = 2W
Reş 3W 6W 6 2
Paralel dirençlerin eşdegeri, dirençlerin her birinden daha küçük oluyor. Çünkü bu tür bir baglamayla akan elektronlara, her direncin tek başina sagladigi kesitten daha genişi saglanmiş olur. Üreteçten geçen akimin şiddeti de şudur:
V 36 Volt
I = = = 18 Amper
Reş 2 Ohm
Dirençlerden geçen akımların şiddetleri de şöyle hesaplanır:
V1 V 36 Volt V2 V 36 Volt
I1 = = = = 12 Amper I2 = = = = 6 Amper
R1 R1 3 Ohm R2 R2 6 Ohm
Bundan da çıkarılması gereken sonuç; dirençlerden geçen akımın şiddeti dirençlerin büyüklüğüyle ters orantılıdır. Direnci büyük olandan daha az akım geçer.
19 Kasım 2006
Yüksek gerilimde kullanılan primer teçhizatın ana kalemlerinden olan ayırıcılar sistemin gerilimden izole edilmesi için kullanılır. Ayırıcıların akım kesme özellikleri yoktur. Akım altında açılmazlar ve kapatılamazlar. Ayırıcıların kesicilerin akım yolu üzerinde bulunur. Kesiciden önce ve sonra yer alırlar. Kesicinin bakım ve onarımı gerektiği zaman kesici açıldıktan sonra ayırıcılar açılır. Sistem tekrar enerjilenmek istendiği zaman önce ayırıcılar kapatılır. Sonra kesici kapatılarak sisteme enerji verilir.
Ayırıcı kesinlikle yük altında acılmamalıdır. Herhangi bir nedenle yük altında ayırıcı açılırsa, meydana gelecek ark ayırıcıyı tahrip ettiği için çevresine ve ayırıcıyı açana zarar verir. Manevralarda bu hususa dikkat etmelidir. Bugün sistemimizde çeşitli tip ayırıcılar orta ve yüksek gerilimde kullanılmaktadır.
Gördükleri Görevlere Göre Sınıflandırma
a)Hat ayırıcıları: E.İ.H. çıkışlarında kullanılır.
b)Bara ayırıcısı: Kesici ile bara arasında kullanılır.
c)Toprak ayırıcı: Gerilimden tecrit edilmiş devrelerin toprak tertibatını sağlar. Ait olduğu kesici ve ayırıcının açılmasından sonra kapanabilir. Mekaniki ve Elektriki kilitleme ile bu sağlanır.
Kullanıldıkları Yere Göre Sınıflandırma
a) Dahili ayırıcılar
b) Harici ayırıcılar
Kumanda Şekillerine Göre Sınıflandırma
a) Istanka ile kumanda edilen ayırıcılar
b) Mekaniki kumandalı ayırıcılar
c) Elektriki kumandalı ayırıcılar
d) Havalı kumandalı ayırıcılar
Ayırıcı Seçimi
Ayırıcı seçiminde şu hususların dikkate alınması gerekir.
1- İşletme gerilimi
2- Maksimum işletme gerilimi
3- İzalasyon gerilimi
4- Nominal akımı
5- Kısa devra akımı
Ayırıcılar ayrıca çalışma şekillerine göre sınıflandırılırlar.
Bıçaklı Ayırıcılar
Bıçaklı ayırıcıların hareketli üç kontağı aynı zamanda açılır ve kapatılır. Bina içinde veya bina dışında kumanda düzeni emniyet mesafesi dışında açma ve kapama yaptırılır.
Ayırıcıların madeni olan kısımları topraklanır. Bıçaklı ayırıcılarda, hat ayırıcısı ile toprak bıçağı arasında kilitleme tertibatı vardır.
Ayırıcılar aşağıdaki bölümlerden meydana gelir.
- Şase
- Mesnet izalatörleri
- Bıçak şeklinde hareketli kontaklar
- Sabit kontaklar
- Hareketli kontakları açıp kapatmaya yarayan mekanik düzen
- Kilit tertibatı
- Bıçaklı ayırıcılar yapı itabariyle üçe ayrılır.
Dahili Bıçaklı Ayırıcılar
Dahili tip ayırıcılar bina içerisinde kullanılacakları yerlere göre duvar veya saç hücreler üzerine monte edilir. Ayrıca mekanik kumanda kolu hücre dışında yapılır. Hücrelerde enerjili kısımlar tel fensle emniyet altına alınır.
Harici Bıçaklı Ayırıcılar
Harici ayırıcılar açık hava şartlarında çalışacağı göz önüne alınarak imal edeilir. Kumanda mekanizması, ayakta duran bir insanın rahatça açıp kapayacağı şekilde monte edilir.
Toprak Bıçağı
Toprak bıçağı bina içinde ve bina dışında kullanılabilir. E.İ.H. nın girişi ve çıkışlarında kullanılır. Bakım veya onarım için hattın enerjisi kesildiği zaman toprak bıçağı kapatılır.
Hat emniyete alınmış olur. Ayırıcılar özel mesnetler, direk üzerinde veye bina içinde hat çıkışlarına monte edilir.
Sigortalı Ayırıcı
Sigortalı ayırıcılar bina içinde veya bina dışında 36kVta kadar kullanılır. Sistemde meydana gelen arızaların diğer müşteriye yansımaması ve teçhizatı koruma amacı ile branşman dağıtım hatları ile çok küçük enerji çeken müşteri çıkışlarında kullanılır.
Döner İzolatörlü Ayırıcılar
Döner izolatörlü ayırıcılar yüksek ve çok yüksek gerilimli trafo merkezlerinde kullanılırlar. Kullanma gerilimleri 60, 154, 220, 380, ve 800kVdur.
Bu ayırıcılar ekseriyetle harici tiptir. Ancak son yıllarda bina içine tesis edilen yüksek gerilim trafo merkezlerinde kullanılmaktadır.
Hareketli kontakları taşıyan ve hareket ettiren izolatör mekaniki bir tertibatla kendi ekseni etrafında ve ayırıcı cinsina göre belli açılar dahilinde döndürülür.
Ayırıcıların mekaniki düzeni el ile çalıştırılmasının yanında yakından veya uzaktan kumanda ile elektrik motoru, basınçlı hava ve hidrolik olarak da çalıştırılabilir.
Ayırıcılar yük altında açılıp kapamamasına rağmen ayırıcıların açılıp kapamalarda kontaklar arasında arklar meydana gelebilir. Bu arkın önlenmesi için ark boynuzları ve korona halkaları kullanılır.
Döner izolatörülü ayırıcılar iki ana grupta toplanır.
1- Tek döner izolatörlü ayırıcılar
2- Çift döner izolatörlü ayırıcılar
Tek Döner İzolatörlü Ayırıcılar
Ayırıcının bir izolatörü kendi ekseni etrafında döndürülmesini sağlayacak şekilde yapılmıştır. Döner izolatörlerin durumuna göre iki çeşittir.
a) Döner İzolatörlü Ortada Olan Ayırıcılar
b) Döner izolatörlü kenardan olan ayırıcılar
27.7.2- Döner İzolatörlü Ortadan Olan Ayırıcılar
Döner izolatörlü ortadan olan ayırıcılar daha ziyate 66, 154, 220kVluk trafo merkezlerinde kullanılırlar.
Bu tip ayırıcılarda ortada döner izolatör üzerinde sabit bir erkek kontak bulunur. Döner izolatör kendi etrafında 90 derecelik açı ile mekenik düzen vasıtası ile döndürülecek kenarda bulunan sabit izolatör dişi kontaklarına kenetlenerek ayırıcı kapanmış olur.
Çift Döner İzolatörlü Ayırıcılar
Çift döner izolatörlü ayırıcılarda ayırıcının her iki izolatörü 90derece kendi ekseni etrafında mekaniki bir düzenle dönerek ayırıcının kapanmasını açılmasını sağlar. Bu tip ayırıcılar kış mevsiminin çok sert geçtiği yerlerde kontakları kaplayan buzun kolay kırılarak açılmasını temin eder.
Ayırıcılarda elle mekaniki kumanda verildiği gibi yakından veya uzaktan elektriki motor ilede açma ve kapama kumandaları verilebilir. Elektriki ve mekaniki kilitleme tertibatı daha önce izah edildiği gibidir.
Yatay Kapamalı Ayırıcı
Bu tip ayırıcıda döner izolatörün üzerinden hareketli kontağı yekpare olup döner izolatör kendi ekseni terafında 90derece dönmek sureti ile ayırıcıya açma ve kapama kumandası verilir.
Ayırıcı toprak bıçaklı yapıldığı takdirde tıopraklama bıçağının ana kontak ile mekaniki kilitleme tertibatı vardır.
Bu tip ayırıcılar diğerlerine göre daha çok malzeme ve işçilik gerektirmektedir.
Bu tip ayırıcı tpprak bıçaklı yapıldığı takdirde topraklama bıçağının ana kontakları ile mekaniki kilitleme tertibatının olması gerekir.ayırıcı ana kontakları kapalı iken toprak bıçağı kapatılamaz. Mekaniki kilitleme tertibatına ilaveten birde elektriki kilit tertibatı bulunur. Kesici kapalı iken ayırıcının açılmamasını temin eder. Ancak kesici açık iken ayırıcı açılabilir veya kapatılabilir.
Döner İzolatörü Kenarda Olan Ayırıcılar
Bu çeşit ayırıcılar 110kVdan 800kVa kadar yapılmaktadır. Ülkemizde 154kVluk trafo merkezlerinde yeni kullanılmaya başlanmıştır. 220ve 380kVluk trafo merkezlerindede kullanılmaktadır.
Mafsalsız Düşey Kapamalı Ayırıcı
Diner izolatörlü kenarda olan ayırıcının hareketli kontağı yekpare olup, ayırıcı açıkken yere dik durumdadır. Ayırıcı yakından ve uzaktan kumanda edilir.
Pantoğraf Ayırıcı
Pantoğraf ayırıcılar hareketli kontağın ve bu kontağın çalışma düzenine göre muhtelif şekilleri vardır. Pantoğraf ayırıcılarda ayırıcının açılıp kapanmasını sağlayan döner izolatörler kenardadır. Hareket düzeni yakından elle mekaniki olarak çalıştırıldığı gibi hareket düzeni motor ile yakından ve uzaktan çalıştırılabilir.
Hareketli Kontağı Yatay Çalışan Pantoğraf Ayırıcı
Ayırıcını hareketli kontağı bir mesnet üzerinde ve hareketli mekanizma mesnedi ve kumanda mekanizması ile karşısında sabit kontağı taşıyan mesnet izolatöründen ibarettir. Ayırıcıya yakından elle kumanda verildiği gibi yakından ve uzaktan da elektriki kumanda ile açma ve kapama yapılabilir.
Hareketli Kontağı Düşey Çalışan Pantoğraf Ayırıcı
Bu tip ayırıcılarda sabit (dişi) kontak bara iletkenine bağlıdır. Dolayısı ile sabit kontağı taşıyan mesnet izolatörü ve kaidesi yoktur. Ayırıcı tek mesnet üzerine monte edilmiştir. Ayırıcı ile kumanda mekanizması arasında dikey mekaniki düzen mevcuttur. Ayırıcıya yakından elle kumanda verildiği gibi ayırıcıya yakından ve uzaktan elektriki kumandada verilir.
19 Kasım 2006
Mikroişlemciler bilgisayarın en önemli parçalarıdır. Bilgisayardan beklediğimiz işlerin hemen hepsi gerçekte mikroişlemci tarafından gerçekleştirilir. Bilgisayarın diğer bölümleri mikroişlemciye bilgi aktarmak ve mikroişlemciden gelen bilgileri kullanıcıların anlayacağı bir şekle sokmak işiyle uğraşırlar. Mikroişlemcileri ticari olarak ilk üreten firma Amerikan Intel firmasıdır.
Piyasaya ilk giren firma olarak Intel’in egemenliği halen sürmektedir. Intel, zaman içinde çok çeşitli mikroişlemciler üretmiştir. Bu mikroişlemci çeşitliliği tek başına kafa karıştırıcı iken bir de Intel’in rakiplerinin ürettikleri mikroişlemciler de piyasaya sürülünce karışıklık iyice artmıştır. Intel’in mikroişlemcileri diğer üreticiler için iyi bir model oluşturmakta ve bazen Intel’in kendisinin ürettiği mikroişlemcilerden daha iyi çalışan kopyaları piyasayı doldurmaktadır. Intel’in rakiplerince üretilen mikroişlemcilerin önemli bir bölümü uyumluluğu test edilmiş, güvenilir işlemcilerdir. Gönül rahatlığıyla bu işlemcileri alabilirsiniz.
Intel’in ürettiği mikroişlemcilerin adları yakın zamana kadar 80286, 80386, 80486 gibi rakamlardan oluşuyordu. Bu rakamların belli bir mantığı da vardı. Daha gelişmiş işlemciler daha yüksek rakamlarla gösteriliyordu. Örneğin, 80386 kodu, 80286 işlemcisinden daha sonra üretilmiş ve daha güçlü bir işlemciyi gösteriyordu. Amerikan yasaları rakamlardan oluşan adları başka şirketlerin de kullanmasına olanak tanıdığı için Intel’in rakiplerinin ürettikleri işlemciler de bu kodları rahatlıkla taşıyabiliyorlardı. Bu durum üzerine Intel 486’dan sonra ürettiği mikroişlemcinin adını Pentium olarak duyurdu ve rakam kullanmaya son verdi. Pentium’dan sonraki işlemci de Pentium Pro olarak adlandırıldı.
Ilk PC’lerde kullanılan işlemciler 8088 kodunu taşıyordu. Daha sonra Intel’in üretimine bağlı olarak 80286, 80386, 80486, Pentium ve en son olarak da Pentium Pro işlemcileri kullanılmaya başlandı. Bu işlemcileri birbirlerinde farklı kılan noktalar iç yapıları ve işlem kapasiteleridir. Örneğin, 80286 işlemcisi 8088 işlemcisine göre 3-4 kat daha hızlı bir işlemcidir. Iç yapıları ve işlem kapasiteleri derken konuyu biraz daha açalım.
Bilgisayar dünyasında bizim bildiğimiz sayılar, harfler, resimler bulunmaz. Orada geçerli olan tek şey 0 ve 1 rakamlarıdır. Bildiğimiz, gördüğümüz her şey bilgisayar dünyasında 0 ve 1′lerin çeşitli kombinasyonları ile gösterilir. Son derece basit ama bir o kadar da güçlü bir dünya. Mikroişlemciler bu 0 ve 1′leri belli gruplar halinde değerlendirir. Örneğin, 8088 işlemcisi bilgileri sekizerlik gruplar halinde alıp işleyebilir. 0 ve 1′lerin her birine de 1 bit denir. 8088, bilgileri sekiz bitlik gruplar halinde alıp işlediği için 8 bitlik bir mikroişlemci olarak sınıflandırılır. 80286 Işlemcisi 16 bitlik, 80386 ve 80486 işlemcileri ise 32 bitlik işlemcilerdir. Pentium ve Pentium Pro 32/64 bitlik işlemciler olarak değerlendirilir.. Mikroişlemciler, dışlarındaki devrelerle bağlantı sağlamak için belli sayıda bağlantı kullanır. Bu bağlantılara, mikroişlemcilerin iki yanından sarktıkları ve bacağa benzedikleri için bacak denilir. 8088′in veri alıp vermek için kullandığı 8 bacağı vardır. 80386′nın ise tam 32 bacağı veri alıp vermek için kullanılır. Pentium ve Pentium Pro işlemcilerinin 64 adet veri bacağı vardır ama veriler 64 bacak üzerinden alındıktan sonra içerde işlemlerin önemi bir bölümü 32 bit üzerinden yapılır. Pentium ve Pentium Pro’nun 32/64 bitlik işlemciler olarak tanımlanmasının nedeni budur.
Mikroişlemciler, bilgileri bilgisayarın belleğinden alıp işler ve bilgileri tekrar belleğe kaydeder. Bellekte bilgiler 8 bitlik gruplar şeklinde saklanmaktadır (her sekiz bitlik gruba 1 byte denmektedir; 1000 küsur byte 1 KB ve 1000 küsur KB da 1 MB eder). Bellekte bu sekiz bitlik gruplardan (byte’lardan) milyonlarca bulunabilir. Bu milyonlarca byte’lık bellek birimlerinin her birinin bir adresi vardır. Mikroişlemci ya da başka bir devre belleğe erişirken hep bu adresleri kullanır. Mikroişlemcinin adresleme için kullandığı bacaklar adres bacağı adını alır. Bu bacaklar ne kadar çok olursa mikroişlemci o kadar çok miktarda belleği adresleyebilir, yani kullanabilir. Örneğin, 8088′in 20 adet adres bacağı vardır ve 1 milyon küsur byte’ı adresleyebilir. 80386′nın ise tam 32 adres bacağı vardır ve 4 Gigabyte’lık (4000 MB) bir belleği adresleyebilir. Aşağıda bilgisayarlarda kullanılan mikroişlemcilerin veri ve adres bacak sayılarını göreceksiniz:
veri bacakları adres bacakları
8086 16 20
8088 8 20
80286 16 24
80386DX 32 32
80386SX 16 24
80486 32 32
80486SX 32 32
PENTIUM 64 32
PENTIUM PRO 64 32
PENTIUM II 64 32
PENTIUM III 64 32
PENTIUM IV 64 32
ITANIUM 64 64
Yukarda mikroişlemcileri üretim tarihleri sırası ile verdik. Bazı işlemcilerin yanında DX ve SX harflerini görüyorsunuz. Bunları da kısaca açıklayalım. 80386SX işlemcinin 80386DX işlemcisinden farkı, tabloda da görüldüğü gibi, adres ve veri bacak sayısının daha düşük olması. Bu yapı, 80386SX’i kendisinden önce gelen 80286′ya yaklaştırıyor. Zaten üretiliş amacı da 80286 tasarımlarını çok az değiştirerek 80386′nın getirdiği avantajları kullanmak. Adres ve veri bacaklarının sayıca az olmasının dışında 80386SX’in iç yapısı tamamıyla 80386DX’in aynısı. 80486DX ve 80486SX’de ise şöyle bir durum var: 80486DX’in iç yapısında bir matematik işlemci içeriliyor. 80486SX’in içinde ise bir matematik işlemci yok. Tek farklılık bu. Matematik işlemciler, mikroişlemciler gibi her işi yapan devreler değildir. Yalnızca matematik işlemleri, çok üstün bir duyarlık ve hızla yapan özel işlemcilerdir. 80486DX’e kadar ayrı bir devre olarak satılan bu matematik işlemciler 80486DX ile mikroişlemcinin yapısına dahil edilmişti. Ama özel olarak matematik işlem yoğunluklu işlerle uğraşmayanların yine de 486′nın getirdiği avantajlardan yararlanması için 80486SX işlemcisi üretilmişti.
Mikroişlemcilerin adres ve veri bacak sayıları kadar önemli olan bir başka şey de çalışma frekanslarıdır. Çalışma frekansı bir mikroişlemcinin işlem yapma hızının bir göstergesidir. Aynı işlemcinin değişik frekanslarda çalışan birden çok uyarlaması bulunabilir. Örneğin, 80486′nın 20, 25, 33, 40, 50, 66, 75 ve 100 MHz’de çalışan sekiz değişik uyarlaması bulunmaktadır. Pentium’un ise şu anda 60, 66, 75, 90, 100, 120, 133, 150 ve 166 MHz’de çalışan uyarlamaları bulunuyor. Çalışma frekansı ne kadar yüksek olursa işlemleriniz o kadar hızlı yapılır.
80486, PENTIUM ve PENTIUM PRO işlemcilerinde bir iç tampon bellek de bulunmaktadır. Mikroişlemci mümkün olduğunca bu iç belleği kullanıyor ve bu durum da işlemcilerin perfermansını arttıran bir başka etmen oluyor. 80486 serisi işlemcilerin dış dünya ile daha az ilişki kurmak için kullandığı iç tampon belleğin büyüklüğü 8 KB (8000 küsur byte). Pentium’ların iç tampon belleği 16 KB. Pentium’dan sonraki işlemci Pentium Pro’da da 16 KB’lık bir iç tampon belleğin yanısıra tam 256 KB’’lık bir başka tampon bellek de yer alıyor.
* Mikroişlemcinin hız birimi olarak verilen MHz teriminin anlamı nedir?
Bir mikroişlemci işlemleri belli adımlarla yapar. Her işlemin kaç adımda yapılacağı bellidir. Örneğin, iki sayıyı toplamak üç adım, çarpmak otuz adım sürebilir. Bu adımlara çevrim (cycle) denir. Bir saniyede gerçekleşen çevrimlerin sayısı mikroişlemcinin hızını belirler. Örneğin, 10 MHz’de çalışan bir mikroişlemci saniyede 10 milyon çevrim gerçekleştirebilir. Bu da, örneğin, 300 bin toplamaya ya da 30 bin çarpmaya karşılık gelir. Tabii mikroişlemcinin hızı 100 MHz’e çıkarsa çevrim sayısı on kat artacak ve sonuçta 300 bin yerine 3 milyon toplama ile 30 bin çarpma yerine 300 bin çarpma işlemi işlemi gerçekleşecektir.
* Pentium işlemcilerde bir hata var deniyordu. Pentium’lar gerçekten hatalı mı?
Ilk üretilen 60 ve 66 MHz’lik Pentium’larda, özel bir bölme işlemi sırasında bir hata yapılıyor ve bölme işleminin sonucu olan sayının noktadan sonra 9 ya da 10. basamaktaki rakamı hatalı çıkıyordu. Pentium işlemcilerini üreten Intel firması bu hatanın farkına vardıysa da uzun süre açıklamadı. Çünkü bu hataya yalnızca bazı özel durumlarda (Intel’e göre 27.000 yılda bir sıklıkla, IBM’e göre ise 24 günde bir sıklıkla karşımıza çıkabilir) rastlanıyordu. Ama bu hatanın farkına varılması ve yoğun bir tepki gösterilmesi sonucunda Intel hatasını açıkladı ve hatalı Pentium’ların karşılıksız olarak değiştirileceğini duyurdu (gerçekten değiştirdi de). O andan sonra üretilen işlemcilerde ise bu hata giderildi. Uzunca bir süredir Pentium’lar bu hatadan arındırılmış olarak üretiliyor. Gönül rahatlığıyla Pentium alabilirsiniz.
19 Kasım 2006
İŞLEMSEL YÜKSELTEÇLER (OP-AMP) 1.1 Temel Fark Yükselteci : Yükselteçler, BJT ve FET devreleri içeren, genellikle IC devreler içine paketlenen ve gerilim veya akım kazancı sağlayan elektronik devrelerdir. Ayrıca güç kazancı ya da empedans dönüştürme de yapabilir. Pratikte her elektronik uygulamanın ana kısmını oluşturduğu için, temel bir devre olma özelliğine sahiptir. Yükselteçler daha önce de gördüğümüz üzere çeşitli yollardan sınıflandırılabilir. Her birisi öngörülen frekans aralığında çalışan düşük frekans yükselteçleri, ses yükselteçleri, ultrasonik yükselteçler, radyo frekans (RF) yükselteçleri, geniş band yükselteçleri ve görüntü (video) yükselteçleri vardır. Daha önce, küçük sinyal ve büyük sinyal yükselteçleri ile RC veya transformatör bağlı yükselteçleri incelemiştik.
Fark yükselteci, çok çeşitli uygulamalarda kullanılan özel bir devre türüdür. Fark yükselteci biriminin blok sembolü Şekil 1’ de gösterilmiştir.
Görüleceği üzere iki ayrı giriş ve iki ayrı çıkış ucu vardır. Fark yükseltecinin nasıl uygulanabileceğini anlamak için, ilk önce bu uçlar arasındaki ilişkiyi incelememiz gerekir. Giriş veya çıkış uçları toprağa göre farklı potansiyelde olabildiği için, Şekil 1’ deki toprak bağlantısının farklı gösterildiğine dikkat edilmelidir. Gerilimler, giriş uçlarından birine veya her ikisine birden uygulanabilir ve çıkış gerilimleri, her iki çıkış ucunda da görülecektir. Bununla beraber, her iki giriş ve çıkış ucu arasında çok özel bazı kutup (polarite) ilişkileri vardır.
Şekil 2’ de, aşağıdaki incelemede kullanılacak olan temel fark yükseltecinin blok ve devre şeması verilmiştir. Blok şemada iki giriş ve iki çıkış gösterilmiştir. Girişler iki ayrı transistörün bazına uygulanır. Ancak görüleceği üzere, V01 ve V02 çıkış uçlarının tek ya da iki giriş sinyalinden etkilenmesini sağlamak için transistörlerin emetörleri, ortak emetör direncine bağlanmıştır. Çıkışlar, transistörlerin kollektör uçlarından alınmaktadır. İncelemeyi kolaylaştırmak için giriş ve çıkış uçları da numaralandırılmıştır. Devre şemasında iki kaynak gerilimi vardır; ve pozitif ve negatif gerilim kaynaklarının karşıt uçlarının toprağa bağlı gibi anlaşılmasına rağmen devre içinde hiçbir toprak ucu gösterilmediğine dikkat edilmelidir. Yükselteç, tek bir gerilim kaynağıyla da çalışabilir.
Tek Girişli Fark Yükselteci:
İlk önce, 1. uca tek bir sinyalin uygulandığı, 2. ucun ise (0 V’a) toprağa bağlı olduğu bir fark yükseltecinin çalışmasını ele alalım. Şekil 3’de 1. uçtaki Vi1 giriş sinyalinin ve 3. uçtaki V01 çıkışının blok ve devre şemaları gösterilmektedir. Blok şemada, sinüzoidal bir giriş ve yükseltilmiş, terslenmiş bir çıkış olduğu görülmektedir. Devre şemasında ise, sinüzoidal girişin ve çıkışın da kollektöründen, 1800 terslenmiş olarak alındığı görülmektedir ki, tek katlı transistörlü yükseltece ilişkin eski bilgilerimize dayanarak beklediğimiz de budur.
Giriş 2 topraklanmış olduğundan, 4. uçta çıkış yokmuş gibi görülebilir, ancak bu doğru değildir. Şekil 4’teki blok şemada, 1. uçtaki Vi1 girişinden kaynaklanan 4. uçtaki V02 çıkışına sahip fark yükseltecin çalışması gösterilmiştir. 1. uçtaki Vi1 girişi, toprağa göre küçük sinüzoidal bir gerilimdir. Emetör direnci, her iki emetöre de bağlı olduğundan, Vi1’den dolayı oluşan gerilim, ortak emetör ucunda görünür. Toprağa göre ölçülen sinüzoidal gerilim, devrenin, emetör izleyici işlevinin sonucu olarak Vi1 ile aynı fazda ve onun yarısı kadar olacaktır.
Devrenin emetör izleyici gibi davranan kısmı Şekil 4c’de gösterilmiştir. Devrenin gösterilen emetör izleyici kısmı için Q1’in bazına uygulanan giriş, Q1’in emetöründe aynı polaritede ve onun yarısı kadar görünür. Emetör izleyici devresinin kazancın birden daha az olduğunu (polarite terslemesi olmaksızın) hatırlayın. Bu emetör sinyali toprağa göre ölçülmüştür. Şekil 4d, devrenin, çalışması emetör gerilimden etkilenen Q2 transistör kısmını göstermektedir. Q2’nin emetöründeki gerilim, Q1 transistörününkiyle aynıdır (emetörler birbirine bağlandığından) ve bu gerilim Q2’nin emetörüyle toprak arasında veya Q2’nin bazı arasında görünür (toprağa bağlı olduğu için). Eğer Q2’nin emetöründen bazına ölçülen gerilim, gösterildiği gibi, Vi1 girişiyle aynı fazda olduğu taktirde, Q2’nin bazından emetörüne ölçülen gerilim, ters polaritede aynı sinyal olur. Böylece Q2’nin bazından emetörüne ölçüldüğü zaman Vi1’in genliğinin yarısı civarında bir gerilim elde edilir, ancak bu sinyal Vi1’e göre ters polaritededir. Q2 transistörünün yükseltme etkisi ve Rc2 yük direnci, Q2’nin kollektörü üzerinde, Q2’nin baz-emetörü üzerinde büyüyen sinyalden yükseltilen ve terslenen bir çıkış sağlar.
Özet olarak, Vi1 girişi, giriş 1’e uygulanır ve çıkış ucu 4 üzerinde büyüyen V02 ile aynı fazda yükseltilir. 2. uçtaki giriş topraklanmamış olmasına rağmen, 4. uçta çıkış oluşur. Aslında, 1. uçtaki girişin, hem 3., hem de 4. uçta çıkış sinyaline neden olduğunu görebiliriz. Buna ek olarak, bu çıkışlar ters kutuplu fakat aynı genliktedir. Sonuçta, (Şekil 5a’daki gibi) 3. uçtaki çıkış, 1. uçtaki girişe göre ters kutuplu iken, 4. uçtaki çıkışın 1. uçtaki girişle aynı kutuplu olduğunu görebiliriz. Önceki bilgilerimize dayanarak, buradan, 2. uca uygulanan bir girişin (1. uç topraklanmış), Şekil 5b’de gösterilen çıkış gerilimleri üreteceği sonucu çıkar.
Fark (İki – Uçlu) Girişin Çalışması:
Fark yükselteci devrelerinin çalışması için yalnızca tek girişin kullanılmasına ek olarak, her iki girişe de sinyal uygulamak mümkündür; bu durumda iki çıkış ucunda ters polaritede çıkışlar görünür. İki giriş sinyalinin ters polaritede ve aynı genlikte olduğu durumlarda genellikle çift uçlu veya fark (diferansiyel) giriş modu kullanılır. Bu durum Şekil 6’da gösterilmiştir.
Şimdi her bir girişin çıkışları nasıl etkilediğini ve oluşacak çıkış sinyalinin neye benzeyeceğini ele almamız gerekir. Bunu, her bir girişi, diğer giriş 0 V’ ta iken ayrı olarak uygulanıyor gibi düşünüp sonuçta her bir uçta oluşan gerilimi toplamak suretiyle, süperpozisyon (üst üste ekleme) ilkesini uygulayarak yapabiliriz.
1.2 Fark Yükselteci Devreleri :
Fark yükselteçlerinin temel özelliklerini inceledik; şimdi de bazı devre ayrıntılarını ele alacağız. Özellikle, bir katın gerilim kazancını ve giriş ile çıkış empedanslarını inceleyeceğiz. İlk önce, devre kavramlarının tanıtılması amacıyla ayrık devre türlerini inceleyeceğiz. Daha sonra fark yükselteçlerinin çeşitli kısımlarının IC tiplerini ele alacağız; ki bunlar, entegre devre şeklindeki işlem yükselteçlerinde kullanılan tipik devrelerdir. Ayrık fark yükseltecinin temel devresi Şekil 7’de gösterilmiştir. Giriş sinyalleri, genel durumda kaynak dirençli gerilim kaynağı gibi gösterilmiştir.
Devrenin DC Öngerilim Etkisi:
Devrenin gerilim yükselteci gibi çalışmasını ele almadan önce, devrenin nasıl öngerilimlendiğine bakalım. Şekil 8, devrenin ana dc gerilim ve akım değerlerini gösterir. Sadece kaynak dirençleri içeren ac sinyal kaynakları 0 V ‘a ayarlanmıştır. Q1’in baz-emetör arası, topraktan başlayıp, Rs1 direncinden, baz-emetör jonksiyonundan ve –VEE’ ye bağlı RE direncinden geçen akımın yardımıyla VEE doğru gerilim kaynağı ile ileri yönde öngerilimlenmiştir. DC gerilim ve akımlarını çözmek için bir dizi denklem yazmamız gerekecektir. Bununla beraber hesaplamaları daha dolaysız kılmak için yaklaşık değerler de kullanmak mümkündür. Örneğin, Rs1 kaynak direncinin üzerindeki dc gerilim düşümü, aşağıdaki hesaplamada görüldüğü gibi, çok küçüktür (mikroamper düzeyinde tipik bir baz akımı olduğunu varsayarsak):
· IB1.RS1= (100 mA).(1 kW) = 100 mV = 0,1 V
Baz akımının sadece 10 mA olması durumunda RS1 üzerindeki dc gerilim düşümü, 10 mV olacaktır ki, bu da ihmal edilebilir. Öte yandan 10 kW’luk kaynak direnci ile 100 mA’ lik baz akımı nedeniyle oluşan 1 V’ luk gerilim düşümü ihmal edilebilir bir büyüklük değildir. Amaçlarımız için, gerilim düşümünün küçük olduğunu kabul edeceğiz (genellikle doğrudur) ve daha sonraki hesaplamalarımızda böyle bir varsayımda bulunup bulunamayacağımızın sağlamasını yapacağız.
VB1 » 0 V kabul edersek,
Emetör gerilimi,
· VE = VE1 = VB1 – VBE1
= 0 – 0,7 V = -0,7 V
Bu durumda RE direncinden geçen akım:
· IE = (VE – VEE) / RE = (-0,7 – (-12)) / 20k =0,565 mA
RE üzerinden akan akım, her bir transistörden gelen emetör akımlarının toplamından oluşur. Transistörler birbirine eş seçildiği taktirde her bir transistörün emetör akımı RE’ nin üzerindeki toplam akımın yarısı olur.
· IE1 = IE2 = IE / 2
= 0,565/2 » 0,28 mA
Şimdi IB1’ i aşağıdaki gibi hesaplayarak VB1 için yaptığımız varsayımın ne denli doğru olduğunu kontrol edebiliriz:
· IB1 = IE1 / (hfe + 1) = 0,28 / (90 + 1) = 3,08 mA
· VB1 = IB1.RS1 = 3,08 mA . 1 kW = 3,08 mV
Bu da devrenin diğer gerilim düşümlerine kıyasla ihmal edilebilir. Şekil 9b’de, devrenin çıkış bölümünün devre şeması gösterilmiştir. Kollektör akımı, emetör akımının bulunmasıyla elde edilebilir.
IC1 » IE1 = 0,28 mA
Ve kollektör gerilimi;
· VC1 = VCC – IC1.RC1
= 12 V – (0,28 mA).(42 kW) = 0,24 V » 0 V
Fark Yükselteci Devresinin AC Çalışması :
Devrenin ac çalışmasını incelemek için bütün dc gerilim kaynaklarını sıfır olarak alıp transistörlerin yerine küçük – sinyal ac eşdeğer devreleri koyacağız. Şekil 10’da, transistörlerin yerine karma (hibrid) eşdeğer devreleri konularak elde edilen ac eşdeğer devre yer almaktadır. Devrenin karmaşık göründüğü açıktır; dolayısıyla tüm devrenin analizi de karışık olacaktır. Burada da sadeleştirmeye yardımcı olacak bazı yaklaşık değerler kullanarak hesapları ayırmak mümkündür; böylece devrenin küçük parçalarını ayrı ayrı analiz edebiliriz.
hie1 = hie2 = hie, hfe1 = hfe2 = hfe, hoe1 = hoe2 » 0
RC1 = RC2 = RC, RS1 = RS2 = RS,
Olduğunu varsayabiliriz.
AC Giriş Bölümü :
Q1 transistörünün kısmi ac giriş eşdeğer devresi şekilde gösterilmiştir. Q2 transistörünün emetöründen bakıldığında, küçük bir ac eşdeğer direnci vardır ve değeri;
· Re2 = (RS + hie) / (hfe + 1) ‘dir.
RE ve RE2 dirençlerinin paralel eşdeğeri, ac eşdeğer direncini verir ki bu da 55,8 W’dur. Fark yükselteci devrelerinde genellikle RE büyük değerlere sahip olduğundan;
RE2 >> Re2
Olması halinde paralel eşdeğerin, Şekil a’ da gösterildiği gibi yaklaşık RE2 değerine sahip olduğunu varsayabiliriz. Sonuçta elde edilen ac eşdeğer devreyi kullanarak ac baz akımının değeri aşağıdaki gibi hesaplanır.
· Ib1 = (VS1 – VS2) / (2.(RS + hie))
Burada; VS1 – VS2 = Vd olarak tanımlanabilir.
AC Çıkış Bölümü :
Çıkış gerilimi;
Vo1 = -IC1.RC1 şeklinde yazılabilir.
Devrenin ac fark kazancı;
Ad = - (bRC) / (2.(RS + bre)) olur. Burada dikkat edilmesi gereken husus kazancın negatif olmayacağıdır. Yani kazanç formülü mutlak değer içerisindedir.
bre >> RS olduğu taktirde;
Ad = - (RC) / (2re) şeklinde olur. Yine burada da kazanç formülü mutlak değer içerisinde yazılmalıdır.
Giriş Direnci :
Şekil 11a’daki ac eşdeğer devreden, kaynaktan bakıldığında görülen devrenin giriş direnci :
Ri1 = hie + (hfe + 1)Re2
· Ri1 = Ri2 = Ri = 2(bre + RS) olur.
Çıkış Direnci :
Şekil 11a’daki ac eşdeğer devreden hesaplanan yaklaşık çıkış direnci (hoe » 0 kabul edilmiştir.);
· Ro = Ro1 = Ro2 = RC olmaktadır.
Sabit Akım Kaynaklı Fark Yükselteci Devresi :
DC öngerilim hesapları, emetör (ve dolayısıyla kollektör) akımının kısmen, RE değeriyle belirlendiğini göstermektedir. Örneğin VEE = - 20 V gibi sabit bir negatif gerilim kaynağı olması durumunda 10 kW’luk bir RE değeri, emetör direnç akımını aşağıdaki oranda sınırlayacaktır;
· IE » (VEE) / (RE) = 2 mA
Tercihen RE = 100 kW gibi daha büyük bir değer kullanılması halinde emetör direncinden geçen dc akımının değeri 200 mA olacaktır. Ve RE = 1 MW gibi çok daha büyük bir değer kullanılırsa; IE 20 mA olacaktır.
Görüleceği üzere, kullanılan RE değeri büyüdükçe; transistörün uygun çalışması için dc emetör akımı çok düşmektedir, çünkü her iki transistörün emetör ve kollektör akımı, zaten çok küçük olan emetör akımının yarısı kadardır.
Makul bir emetör akımından taviz vermeksizin yüksek bir ac direnci elde etmenin bir yolu, Şekil 12’deki gibi bir sabit – akım kaynağı kullanmaktır. IE değeri sabit akım kaynağı devresiyle istenilen değere ayarlanabilir. Sabit akım kaynağının ac direnci ideal olarak sonsuzdur ve pratikte 100 k ile 1 M arasında değişir.
1.3 Ortak İşaretin Bastırılması :
Fark yükseltecinin en önemli özelliklerinden biri, bazı istenmeyen gerilim sinyal türlerinin tiplerini bastırma veya giderme yeteneğidir. Bu istenmeyen sinyallere “gürültü” adı verilir ve toprak veya sinyal hatlarındaki kaçak manyetik alanların yarattıkları gerilimler veya gerilim kaynağındaki gerilim dalgalanmaları olarak ortaya çıkabilir. Burada önemli olan, gürültü sinyallerinin, fark yükseltecinde yükseltilmesi istenen sinyaller olmamasıdır. Bu yükselteçlerin ayırt edici bir özelliği, gürültü sinyalinin devrenin her iki girişinde de eşit olarak görünmesidir.
Aynı polaritede veya her iki giriş ucunda da ortak olarak ortaya çıkan her istenmeyen sinyalin (gürültünün), fark yükseltecinin çıkışında büyük ölçüde bastırılacağını söyleyebiliriz. Yükseltilecek olan sinyal, ya sadece bir girişte ya da girişlerin her ikisinde birden ters polaritede görüleceklerdir. Burada cevap arayacağım soru şudur: İstenmeyen gürültü ortaya çıktığı taktirde yükselteç bu gürültüyü ne ölçüde bastıracaktır? Her iki girişteki ortak sinyalin bastırılmasına yükseltecin ortak işaret bastırması denilir ve ortak işaret bastırma oranı (CMRR) olarak anılan sayısal bir değerle ifade edilir.
Ortak İşareti Bastırma Oranı : Yükselteç için Ad ve Ac ölçüldükten sonra aşağıdaki şekilde tanımlanan bir ortak işareti bastırma oranı(CMRR) bulabiliriz;
· CMRR = Ad / Ac
CMRR’nin değeri logaritmik olarak ta ifade edilebilir;
· CMRRlog = 20 log (Ad / Ac)
İstenilen çalışmanın, çok büyük Ad ve çok küçük Ac’ ye sahip olacağı açıktır. Yani ters polaritedeki sinyaller çıkış ucunda büyük oranda yükseltilmiş olarak görülürken, aynı polaritedeki sinyaller çoğunlukla bastırılacak ve dolayısıyla ortak işaret kazancı Ac, çok küçük olacaktır. İdeal olarak, Ad çok büyük ve Ac sıfırdır. Böylece CMRR değeri sonsuz olur. CMRR ne kadar büyükse, devrenin ortak işareti bastırması da o kadar iyi olacaktır.
1.4 İşlemsel Yükseltecin Temelleri :
İşlemsel yükselteç, kararlı bir gerilim kazancı sağlamak için gerilim geribeslemesi (FeedBack) kullanan çok yüksek kazançlı bir fark yükseltecidir. Kullanılan yükselteç, esasında yüksek giriş empedansı ve düşük çıkış empedansı ile yüksek açık çevrim kazancına (geribesleme sinyalinin olmadığı durum) sahip bir fark yükseltecidir. İşlemsel yükseltecin tipik uygulama alanları arasında ölçek değiştirme; toplama ve integral alma gibi analog bilgisayar işlemleri ve çeşitli faz kaydırma, osilatör ve enstrümantasyon devreleri sayılabilir.
1.5 İşlemsel Yükselteç Devreleri :
Sabit Kazanç Katlayıcı Devre :
Tersleyen bir sabit kazanç katlama (çoğaltma) devresi Şekil 13.’te gösterilmiştir.
· Vo = -(Rf.V1) / (R1)
Terslemeyen Yükselteç :
Şekil 14a’ daki bağlantı, terslemeyen bir sabit kazanç katlayıcısı gibi çalışan bir işlemsel yükselteç devresini göstermektedir. Devrenin gerilim kazancını bulabilmek için Şekil b’de gösterilen zahiri toprak eşdeğerini kullanabiliriz. Vi » 0 V için R1üzerindeki gerilimin V1 olduğuna dikkat edilmelidir. Bu, Vo gerilimi nedeniyle, R1 ve Rf gerilim bölücüleri üzerindeki gerilime eşit olmalıdır, dolayısıyla;
· V0 / Vİ = (R1 + Rf) / (R1) olacaktır.
Kazancı 1 olan İzleyici (Gerilim İzleyici) :
Bu izleyici polariteyi tersine çevirmeksizin 1 değerinde bir kazanç sağlar. Zahiri topraklı eşdeğer devreden; (Şekil 15b)
· V0 = V1
olduğu, çıkışın girişle aynı polarite ve genlikte olduğu açıktır. Kazancın 1’ e çok yakın olması dışında devrenin davranışı, emetör izleyiciye çok benzer.
Toplam Alma Yükselteci :
Analog bilgisayarlarda kullanılan işlemsel yükselteç devrelerinin belki de en yararlısı toplam alan yükselteç devresidir. Şekil 16, her bir giriş gerilimini sabit kazanç faktörüyle çarpıp daha sonra bunları cebirsel olarak toplayan üç girişli bir toplam yükselteç devresini göstermektedir.
Zahiri eşdeğer devre (Şekil 16b) kullanılması halinde çıkış gerilimi, girişler cinsinden aşağıdaki gibi ifade edilebilir;
· V0 = -[(RfV1 / R1) + (RfV2 / R2) + (RfV3 / R3)]
Başka bir deyişle her giriş, tersleyen sabit kazanç devresinden elde edilen çıkışa bir gerilim değeri ekler. Daha fazla girişin kullanılması halinde bu girişler çıkışa ilave bileşenler ekler.
İntegral Alıcı :
Şimdiye kadar aldığımız giriş ve geribesleme elemanları dirençti. Geribesleme elemanı olarak kondansatör kullanılırsa elde edilen devre bir integral alıcı olur. Bu durum Şekil 17’de gösterilmiştir. İntegral alıcıya birden fazla giriş uygulanabilir.
· V0(t) = -[ 1/R1Còn1(t).dt + 1/R2Còn2(t).dt + 1/R3Còn3(t).dt………….]
Şekil 18’de analog bilgisayarlarda kullanılan toplam – integral alma devresini gösteren bir örnek verilmiştir. Gerçek devrenin giriş dirençleri ve geribesleme kapasiteyle gösterilmesine karşılık, analog bilgisayarlarda gösterimi sadece her bir girişin çarpanını göstermektedir.
Türev Alıcı :
Şekil 19’daki türev alıcı devre, gürültüyle ilgili pratik problemleri nedeniyle, bir bilgisayar devresi olarak integral alıcı kadar kullanışlı değildir. Devre ilişkisi şöyledir;
· V0(t) = -RC dn1(t) / dt
Burada sabit çarpan –RC’ dir. Temel olarak toplam ve integral alma devreleri kullanılarak diferansiyel denklemlerin çözülmesi mümkündür.
19 Kasım 2006
Alternatif akım zamana göre yönü ve şiddeti değişen akımdır.Alternatif akımın yön değiştirmesi gelişi güzel olmayıp düzenli bir şekildedir.Herhangi bir zaman aralığında akan yük miktarı ile yine aynı zaman aralığında akan yük miktarı birbirine eşittir.
ALTERNATÖRLERİN YAPISI
Alternatif akım SENKRON GENARATÖRLERDE üretilir.Bunlara kısaca ALTERNATÖR denir.Alternatörler genel olarak iki ana bölümden oluşur.
1)STATOR(ENDÜVİ)
2)ENDÜKTÖR(KUTUPLAR)
ENDÜVİ
Endüvi silisli saç paketlerinden yapılmış olup iç kısmına sargılarının yerleştirilmesi için oyuklar açılmıştır. Böylece oluşturulan dökme demirden bir gövdenin içine oturtulur. Küçük güçlü alternatörlerde endüvi dönen kısımda bulunmasına karşılık büyük güçlü alternatörlerde duran kısımdadır. Döner endüvili alternatörler büyük güçlü olarak yapılamazlar. Çünkü dönen endüviden fırçalar ve bilezikler yardımı ile büyük akımların alınması çok zor ve pahalı olur. Bu tür alternatörler aynen bir dinamo gibi olup tek farkı kollektör yerine bileziklerin bulunmasıdır.
ENDÜKTÖR
Büyük güçlü alternatörlerde endüktör döner şekilde yapıldığından bu kısam (rotor) da denir.Endüktörü oluşturan kutuplar alternatörü döndüren sistemlerin devir sayılarına göre iki şekilde yapılır.
1)Çıkıntılı kutuplu alternatörler 2)Düz kutuplu alternatörler
Çıkıntılı kutuplu alternatörler su tiribünleri veya düşük devirli dizellerle döndürülür. Bu kutuplar aynen bir doğru akım makinesinin kutupları gibidir. K Kutup başları birer yüzleri yalıtılmış özel saç paketlerden yapılır. Kutup ayakları ise demirden yapılabilir. Bu şekilde oluşturulan kutuplar rotora perçin cıvata veya kırlangıç kuyruğu geçmelerle tutulur. Bu kutuplar üzerine uyartım sargıları sarılır. Bu sargılar kendi aralarında N-S-N-S kutupları oluşturacak şekilde bağlanırlar. Sargıların son iki ucu rotor üzerinde bulunan 2 bileziğe bağlanmış olup bu bilezikler ve fırçalar yardımı ile doğru akımla beslenir.Çıkıntılı kutuplar yüksek devirli alternatörlerde hem santrifuj etki oluştururlar,hem de büyük gürültü ve rüzgar kayıplarına neden olurlar.Kutupların üst kısımlarına,gerilimde ortaya çıkan salınımları önlemek amacı ile kısa devre çubukları konur. Buralara aynı zamanda havalandırma kanalları veya delikleri açılır.Düz kutuplu alternatörler yüksek devirli türibinlerde kullanılır. Örneğin buhar türibinlerinde kullanılır. Genel olarak boyları uzun çapları küçüktür. Bu alternatörlere turba alternatörlerde denmektedir.2 ve 4 kutuplu olarak yapılırlar. Sargılar mile paralel olarak açılan oluklara yerleştirilir ve uçları rotordaki bileziklere bağlanır. Şimdi gelelim alternatif akımın elde edilmesine,elektrik enerjisi genellikle dönen makinalardan elde edilir. Yani deneyde kullandığımız alternatör gibi. Alternatör de N ve S olmak üzere sabit mıknatısların oluşturduğu manyetik alanın içerisinde dönen bir iletken vardır ve bu iletken üzerinde oluşan bir EMK vardır. Alternatörde ki iletkenin bir tam dönüşümü tamamlaması yani 360° lik bir dönüş yapması sonunda,EMK’ nin bir saykılı oluşmaktadır.EMK nın sıfırdan başlayarak pozitif maksimum değere tekrar düşerek sıfıra ve negatif maksimum değere buradan da tekrar sıfıra ulaşmasına “saykıl”denir. Manyetik alan içerisindeki iletken ne kadar hızlı dönerse elde edilen emk’nın frekansı da o kadar yüksek olur. Alternatif akım elde edilmesini kısaca açıkladık. Ha birde şu bilgiyi ekledikten sonra bu konuyu kapatalım.1 kutuplu alternatör de 1 saykılın elde edilmesi için 360°lik bir dönme yapılması gerekiyordu 4 kutuplu da ise 180° lik açı,6 kutupluda ise 120°lik açı yapılması gerekir.
DİNAMOLARDA KOLLEKTÖR VE FIRÇANIN TANIMI VE GÖREVİ
DA Dinamolarında kutuplar arasında dönen endüvi üzerindeki bobinlere indüklenen ve devamlı yön değiştiren AA’ın,dış devreye DA olarak alınmasını sağlayan kollektör ve fırçalardır. Bunlar aynı zaman da akımın dönen endüviden dış devreye iletimini sağlar. DA motorlarında ise DA şebeke gerilimi,kollektör ve fırçalar aracılıyla sargılara iletilir.Dinamolarda endüvi üzerinde indüklenen EMK dış devreye fırça yuvalarına yerleştirilen fırçalar yardımı ile alınır. Küçük gerilimli DA makinalarında bakır veya bakır alışımlı fırçalar,büyük gerilimli makinalarda ise karbon fırçalar kullanılır.
19 Kasım 2006