Elektronik Devre Elemanları - 3 Düzce Üniversitesi Düzce Meslek Yüksekokulu 2009 Öğr.Gör.Sedat ELCİVAN

3. Bobin ve Transformatörler 1 Bobinler Elektronik devrelerde çok yaygın olarak kullanılan devre elemanıdır. Daha çok radyo alıcılarında rastlanmaktadır, verici ve benzeri cihazlar gibi osilatör devreleri içeren elektronik devrelerde yaygın olarak kullanılır. Her bobinin temel özelliği bir endüktansı olmasıdır. Endüktans Henry (h) ile gösterilir, fakat daha yaygın olarak millihenry (mH) ve microhenry (μH) değerlerine sahip bobinleri kullanırız. Henry bobin değeri olarak oldukça yüksek endüktans değeridir. Hatırlama:1H = 1000mH = 106 µH. Bobin endüktansı XL şeklinde gösterilir ve aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir: Burada bobin endüktansı H, frekans Hz alındığında sonuç ohm olarak elde edilir. Örneğin, L=0.6 mH, f=684 kHz ise bobin empedansı aşağıdaki değere eşit olacaktır: Aynı bobini üç kat daha yüksek frekansta çalıştırsaydık üç kat daha yüksek empedans olurdu. Yukarıdaki formülden görülebileceği gibi, bobin empedansı frekansla doğru orantılıdır, böylece kondansatörler gibi bobinlerde, devrelerde belirtilen frekanslarda filtreleme için kullanılır. Not: bobin empedansı (f=0 için) yani DC için, sıfıra eşittir.

Şekil 1: Tek katmanlı hava çekirdekli bobin. Bazı bobin şekilleri Şekil 1, 2, 3, ve 4.’te görülmektedir. Basit bobin tek katmanlı hava çekirdekli şekilde yapılır. Bir silindirik yalıtkan üzerine (PVC, karton, vb), Şekil 1 'de gösterildiği gibi sarılır. Bobin gevşekliğini önlemek için, sonlara küçük deliklerden konmalıdır. Şekil 1: Tek katmanlı hava çekirdekli bobin. Şekil 1b orta uçlu bir bobinin nasıl sarılmış olduğunu gösterir. Örneğin bobinde 120 tur varsa ve L1 30 tur L2 90 tur ise şekildeki gibi bir sarım olacaktır.

Şekil 2: a. Çok katmanlı çekirdekli bobin, b. Kuplaj bobini Çok katmanlı bir bobin şekil 2a’da gösterilmektedir. Küçük vida şeklindeki ferromanyetik çekirdek iç kısma eklenebilir. Çekirdek vidalama ekseni boyunca hareket eder ve bu sargının endüktansını artırmak için kullanılır. Bu yöntemle, endüktans değeri için ince değişiklikler yapılabilir. Şekil 2: a. Çok katmanlı çekirdekli bobin,   b. Kuplaj bobini Şekil 2b’de yüksek frekanslı trafo gösterilmektedir. Görüldüğü gibi, bu iki bobinle manyetik indüksiyon yoluyla sinyal transferi yapan bir yapının tek bir karkasta oluşturulmasıdır. Ayarlanabilir bir bobin olması gerektiği zaman, bobinin ekseni boyunca hareket edebilen ferromanyetik çekirdek vardır.

Şekil 3: a. Yüksek frekans bobini, b. Ara-frekans transformatörü Çok yüksek frekanslarda(50MHz)den büyük bobinlerde endüktansı elde etmek için sadece birkaç tur sarım yeterli olacaktır. Bu bobinler kalın bakır telden(yaklaşık 0.5mm) hiçbir bobin gövdesi kullanılmadan şekil 3a gösterildiği gibi yapılır. Şekil 3: a. Yüksek frekans bobini, b. Ara-frekans transformatörü Şekil 3b Metal bir gövde içine yapılmış trafonun iç şemasını gösterir. İlk bobin ve C primer devresini, ikinci bobin sekonder sargısını gösterir. Bu devre elemanı radyo alıcıları ve benzeri aygıtlarda kullanılır. Metal gövde (ekran) harici sinyallerin bobinleri etkilemesini önlemek için kullanılmaktadır. Gövdenin etkili olması için, topraklama olmalıdır.

Şekil 4: Ayarlanabilir bir bobin Şekil 4 bir "ayarlanabilir" çekirdeğe sahip indüktörü gösterir. Çekirdek genellikle ferromanyetik malzemeden yapılır." Bu indüktörler 100kHz’e kadar kullanılmaktadır. Endüktans ayarı sargının merkezindeki pirinç veya çelik vida ile yapılabilir. Şekil 4: Ayarlanabilir bir bobin

Şekil 5: Değişik tipte transformatörler Elektronik cihazların çalışması için bir DC güç kaynağı olması gerekir. Piller ve şarj edilebilir hücreler bu amaçla kullanılabilir. Ancak daha çok, etkin bir şekilde bu görevi yerine getirebilecek bir güç kaynağı kullanmaktadır. Bir güç kaynağı 220V şebeke gerilimini, örneğin 12V doğru gerilime çeviren bir dönüştürücü olarak düşünülebilir. En yaygın, çekirdek E ve I şeklinde yapılmıştır bazıları ise ferromanyetik malzemeden üretilmiştir. Ayrıca ferromanyetik çekirdekli olan transformatörler yüksek frekanslar için kullanılır. Çeşitli Transformatör türleri aşağıdaki resimde gösterilmektedir. Şekil 5: Değişik tipte transformatörler

Şekil 6: Transformatör sembolleri Şekil 6 Transformatör Sembolleri: dikey çizgiler çekirdeği gösterir ve sekonder sargısı kısımlardan oluşuyorsa şekil d’deki gibi gösterilir. Şekil 6: Transformatör sembolleri Üreticiler genellikle Transformatör ile birlikte hakkında bilgi içeren bir kaynağı, diyagram ile gerilim ve maksimum akım değerlerini bildirir. Şeması olmadığı durumda, birincil ve ikincil sargının belirlenmesi için ince tel primeri, kalın sargılı olan sekonderi gösterir. Kolayca Ohmmetre ile test edilebilir Primer (birincil) sargısının daha yüksek direnci vardır, Sekonder (ikincil) sargısının ise düşük direnci vardır . Şekil 6d’de iki bağımsız sekonder sargısı ve sargılardan birinde çok farklı gerilim seviyeleri vardır.

Şekil 7: Transformatör: a. Çalışma ilkesi, b. Sembol Çalışma ilkeleri ve temel özellikleri Daha önce de belirtildiği gibi, transformatörler birincil ve ikincil olarak isimlendirilen iki sargıdan (Şekil 7) oluşur. Şebeke gerilimi 220V birincil sargıya bağlanır bu gerilim sargıdan geçirdiği akımla nüve üzerinde bir manyetik alan oluşturur. Aynı çekirdek üzerine sarılı ikincil sargıda gerilim indüklenir. Örneğimizde 24V elde edilen bir sargı vardır ve bu gerilim 30Ω’luk yüke bağlanmıştır. Bu yük bir elektrik ampulü ve 19.2W’lık bir güç tüketimi ile çalışıyor olabilir. Şekil 7: Transformatör: a. Çalışma ilkesi, b. Sembol

Elektrik enerjisinin transferi manyetik alan üzerinden yapılır birincil sargıdan geçen akım çekirdek üzerinde bir akı oluşturur oluşan manyetik devrede kayıpları önlemek için daha düşük manyetik direnci olan demir çekirdek kullanılır. Birincil gerilim "şebeke" gerilimi olduğundan bu değer 220V veya 110V ülkeye bağlı olabilir. İkinci gerilim genellikle daha düşük olur daha çok, 6V, 9V, 15V, 24V, vb gibi.. fakat yükseltme amaçlı trafoda olabilir ve ikincil sargıda elde edilen gerilim 220Vdan daha büyük olabilir. Birincil ve ikincil sargı arasındaki gerilim ilişkisi aşağıdaki formül ile verilir: Ns ve Np birincil ve ikincil sarımın tur sayısını temsil eder. Örneğin, Ns 80 ve Np 743 ise, çıkış gerilimi:

Birincil ve ikincil sargı arasındaki ilişki aşağıdaki formül ile belirlenir: Örneğin, Ns=80 ve Np=743, RL=30Ω ise IP yi bulmak için Is=Us/RL = 24V/30Ω = 0.8A eşittir. Eğer eşitlikte yerine konulursa: Transformatör güç miktarı aşağıdaki formül ile hesaplanabilir: Örneğimizde, güç eşittir:

Bu noktaya kadar ifade edilenler ideal bir trafo ile ilgilidir Bu noktaya kadar ifade edilenler ideal bir trafo ile ilgilidir. Gerçek bir transformatörde kayıplar kaçınılmazdır. Çalışma anında sargı dirençleri, manyetik direnç gibi nedenlerle ikinci sargıya kayıpsız bir aktarım gerçekleştirilemez. Bu nedenle çıkış gücü, giriş güç miktarından daha azdır. Bu orana VERİM denir: Verimliliği hakkında n=0.85 yazıyorsa, bu elektrik enerjisinin şebekeden alınan kısmının 85%’ini tüketiciye aktarır anlamındadır. Daha önce belirtilen faktörler nedeniyle 15% ısı şeklinde kaybedilir. Eğer tüketici tarafından gerekli güç Örneğin, Ps = 30W ise, Transformatörün şebeke tarafındaki güç: Pratikte mümkün olan en yüksek verimi almak için üreticilerin her türlü önlemi almış olduğunu akılda bulundurmak gerekir. Uygulamalarınızda gerekli doğru transformatörü seçip satın alabilmek için yukarıdaki hesaplamalar işinize yarayacaktır.

Şekil 8: LM317 düzenleyici entegresi kullanılan güç kaynağı. Bobin ve transformatörler ile Uygulama örnekleri Aşağıdaki şekilde bir trafo için en belirgin uygulama örneği olan güç kaynağı bulunmaktadır. 220V ile 24V dönüştürmek için tipik bir transformatör kullanılır Şekil 8 de gösterilmektedir. Şekil 8: LM317 düzenleyici entegresi kullanılan güç kaynağı. DC çıkış gerilimi doğrusal, ayarlanabilir bir potansiyometre (p) üzerinden 3~30V aralığında ayarlanabilir.

9: a. Sabit çıkışlı düzenleyici entegresi 7806, b 9: a. Sabit çıkışlı düzenleyici entegresi 7806, b. Oto-transformatörü, c. 220V’u 110V gerilime çevirici transformatör, d. Yalıtım transformatörü Şekil 9a, orta uçlu transformatör kullanarak basit bir güç kaynağını göstermektedir. Trafolar özel tip olabilir, özellikle elektrik laboratuarlarında kullanılan oto transformatörleri vardır. Oto-transformatör için diyagram Şekil 9b’de gösteriliyor. Tek sargıdan oluşur. Gerilim trafo üzerindeki bir kaydırıcı uç ile alınır. Kaydırma çubuğu en düşük konumda ise, gerilim sıfıra eşittir. Kaydırıcı uç en yukarıda ise 220V gerilimi alınır. Şekil 9c’deki trafo 220V/110V dönüştürür ve 110V cihazları çalıştırmak için kullanılır. Son bir örnek olarak, şekil 9d bir yalıtım trafosunu göstermektedir. İkinci gerilim, 220V aynı fakat tamamen "şebekeden izole edilmiştir" elektrik şoku riski minimize olmuştur.