TEMEL ELEKTRONİK 1.Giriş a. Analog ve Sayısal (Dijital) Sinyal

... konulu sunumlar: "TEMEL ELEKTRONİK 1.Giriş a. Analog ve Sayısal (Dijital) Sinyal"— Sunum transkripti:

1 TEMEL ELEKTRONİK 1.Giriş a. Analog ve Sayısal (Dijital) Sinyal
1. Analog Devre Elemenları a. Direnç b. Kondansatör (Kapasitör, ing: capacitor) c. Bobin (Endüktör, ing: coil/inductor) d. Diyot e. Transistor 2. Pulse Width Modulation (PWM) a. PWM ile motor sürme

2 Analog ve Sayısal (dijital) sinyal
Sinyal denildiğinde zamana göre değişen bir nicelikten bahsederiz. Bu zamana bağlı nicelik elektronik mühendisliğinde voltaj’ dır. Bu sinyaller cihazlar arasında aktarılması yani verilerin iletilmesidir, örneğin ses, görüntünün televizyon, radyo ile iletilmesi veya işlenmiş verilerin bilgisayarla aktarılmasıdır. Genellikle sinyaller kablo ile veya radyo frekansı (RF) ile iletilmektedir. Analog ve diital sinyal arasındaki en büyük fark, analog sinyal yumuşak geçişli ve devamlı iken; dijital sinyal basamaklı, kare ve ayrıktır.

3 Analog sinyal Sinyaller zamanla değiştiği için x ekseni zaman y ekseni voltaj olmak üzere bir grafik üzerinde ifade etmek anlamamızı kolaylaştırabilir. Analog sinyal, maksimum ve minimum büyüklük arasında sınırlandırılmış olsa bile iki zaman aralığında sonsuz tane voltaj değeri vardır. Örneğin müzik çalarınızın sesini maksimum ve minimum arasında sonsuz tane değerde ayarlayabilirsiniz. Potansiyometre

4 Sayısal (dijital) sinyal
Diital sinyaller ise belli bir zaman aralığındaki sonlu sayıdaki bir takım değerlerdir. En çok kullanılan iki değerden oluşan dijjital sinyal 0V ya da 5V’dur. Bu sinyal zaman grafiğinde kare dalgaya benzer. Ya da dijital bir sinyal analog bir dalga formunun ayrık zamanda ifade biçimi olabilir. Uzaktan bakıldığında bu dalga formu analog sinyale benzeyebilir ancak yakından bakıldığında ayrık zaman adımlarını görebilmekteyiz.

5 Analog devre elemanları
Çokça bilinen analog devre elemanları – direnç, kapasitör, bobin (endüktör), diyot, tristör, transistör ve yöneylem yükselticisi (operational amplifier- OPAMP) dır. Bu elemanların kombinasyonlarından oluşan devreler analog devrelerdir. Analog devreler çok mükemmel tasarımlara sahip olabildiği gibi iki tane dirençten oluşan voltaj bölücü (ing: voltage divider) gibi basit bir devre olabilmektedir. Bir işi yapabilmek için gerekli bir analog devreyi oluşturmak aynı işi yapmaya yarayan dijital bir devreden daha zordur. Analog devreler gürültülere karşı hassastır. Analog sinyaldeki küçük bir voltaj değişimi, işleme sırasında önemli bir hata oluşturabilir. Analog devre elemanlarından oluşturulmuş analog ses yükselticisi

6 Analog devre elemanları
PASİF DEVRE ELEMANLARI Direnç: Enerjiyi harcayan devre elemanıdır. Kapasitör: Enerjiyi elektrostatik alan içerisinde depolayan devre elemanıdır. Endüktör: Enerjiyi elektromanyetik alan içinde depolayan devre elemanıdır. Anahtar: Eneriyi ne depolayan ne de harcayan devre elemanıdır. Enerjinin akışını kontrol eder. İdeal olarak kayıp sıfırdır. YARI İLETKENLER Diyot: Elektriğin bir yönde akmasını sağlayan devre elemanıdır. Tristör: Giriş terminali tetiklenerek çalışan bir çeşit anahtara benzer. Çok hızlı anahtarlama yapma özelliğine sahiptir. Her yönlü akım geçirir. Transistör: Girişine uygulanan sinyali yükselterek gerilim ve akım kazancı sağlayan, gerektiğinde anahtarlama elemanı olarak kullanılan elektronik devre elemanıdır.

7 Direnç Elektrik akımına karşı zorluk gösterilmesi elektriksel direnç olarak adlandırılır. Bu zorluğu belli bir elektriksel büyüklükte gösteren özel üretilmiş devre elemanlarına da direnç (ing: resistor) denir. Elektronik devrelerde en sık kullanılan devre elemanıdır ve 'R' harfiyle gösterilir. Dirençler sahip oldukları elektriksel büyüklüklerle anılırlar. Direncin elektriksel büyüklüğü 'ohm‘dır ve 'Ω' (omega) harfiyle gösterilir. Temel olarak iki yaygın kullanım amacı vardır: Devrenin herhangi bir noktasından arzu edilen akımın geçmesini sağlamak Devrenin herhangi bir noktasında arzu edilen gerilimin elde edilmesi için kullanılırlar. (Gerilim bölücü gibi)

8 Yanda gösterildiği gibi sembolize edilir ve bir devre çiziminde yalnızca iki gösterimden biri tercih edilmelidir. Multimetreyi devreye paralel bağlayarak şekilde gösterildiği gibi değeri ölçülebilir. (Seri bağlantı) (Paralel bağlantı)

9 LDR (ing: Light Dependent Resistor)
Foto dirençler ışığın şiddetine bağlı olarak direnci değişen bir çeşit dirençtir. Sembolü POTANSİYOMETRE Ayarlı direnç de denir. Sembolü

10 Direnç Kullanımına Örnek:
Gerilim Bölücü Devresi: Gerilim bölücü istenilen voltajı elde etmek için direnç ile oluşturulan basit bir devredir. Potansiyometre de gerilimi bölerek istenilen voltajı elde etmek için kullanılır.

11 Kondansatör (/kapasitör)
Elektrik enerisini elektrostatik alan içerisinde depolayan devre elemanına kondansatör (kapasitör/sığaç, ing: capacitor/condenser) denir. C harfi ile gösterilir ve birimi Farad(F)’dır. Mercimek (kutupsuz) kondansatör: Genellikle yüksek frekanslı devrelerde kullanılır ve küçük kapasiteli olarak imal edilirler. Elektrolitik (kutuplu) kondansatör: Bu tip kondansatörler büyük kapasiteli olup en sık kullanılanlardandır. Genellikle filtre, gerilim çoklayıcılar, kuplaj-dekuplaj ve zamanlama devrelerinde kullanılırlar. Yüksek frekans karakteristikleri kötü olduğundan yüksek frekanslı devrelerde tercih edilmez

12 Kondansatör kullanımına örnek:
Kondansatörler fırçalı DC motorlarda, fırçaların sürtünmeleri esnasında meydana gelen arkların oluşturduğu gürültüyü sönümlemek için kullanılabilmektedir. Genellikle RC arabalardaki güçlü ve hızlı dönen motorlarda görülmektedir. PWM ile motor sürüldüğünde ortaya çıkmaktadır. Görev döngüsünün/çevriminin (duty cycle) başında, H köprüsünden ani akım (ing:current spike) geçmektedir. Bu ani akımlar güç kaynağında belirgin voltaj dalgalanmalarına (ing:voltage ripple) sebep olur. Bu da hassas analog sensörlere gürültü (ing: noise) eklemektedir. Bu ani akım girişlerini engellemek için H köprüsüne bir çift bobin (ing:inductor) ve kondansatör eklenebilir. Bu da akımı kararlı tutar. DC motorun kendisi içinde bobin bulunmaktadır ancak motorun kendi endüklemesi çok küçük olduğu için fazladan bobin eklenerek endükleme miktarı artırılır ve akım dalgalanmaları yumuşatılır. Kondansatörün durma torku (stall torque) üzerinde bir etkisi yoktur. Durma torkunda, akım yükselir ve motorda aşırı ısınmaya yol açar.

13 Bobin(/endüktör) Elektrik enerisini elektromanyetik alan içerisinde depolayan devre elemanına bobin(/endüktör) (ing: coil(/inductor)) denir.L harfi ile gösterilir ve birimi Henry(H)’dir. Bobinler elektrik akımına direnç gösterirler. Üzerlerinden geçen akım nedeniyle elektromanyetik bir alan ve akım ile gerilim arasında az farkı oluşturular. Bu özelliklerinden dolayı bobinler kullanıldıkları devrelerde elektromanyetik etki ve faz farkı meydana getirirler. DC gerilim ile çalışmada bobin üzerinde sabit bir manyetik alan meydana gelir. Bu durumda bobin direnç gibi davranır ve bu direnç sarımda kullanılan telin direnci kadardır. Bobine AC akım uygulandığında ise üzerinden geçen akım değişimine bağlı olarak değişken bir manyetik alan oluşur. Bobinin alternatif akım değişimlerine karşı gösterdiği zorluğa «endüktans» ve alternatif akımda gösterdiği dirence ise «endüktif reaktans» denir.

14

15 Bobin kullanımına örnek:
DC motor modeli: Selonoid Valf ve Selonoid Eyleyici/Kilit

16 diyot Elektrik akımını tek yönde geçiren yarı iletken elektronik malzemelere diyot denir. Normal PN Diyot. LED(Light Emitting Diode): Doğru polarlamada ışık yayar. Foto Diyot: Ters polarlama altında üzerinde düşen ışık şiddetine bağlı olarak iletime geçer. TV ve müzik setleri gibi cihazlarda uzaktan alıcı olarak kullanılırlar. Zener Diyot: Ters polarlama amacıyla kullanılırlar.Ters gerilim kalkınca normal haline döner. Devreye ters bağlanırlar. Normal PN Diyot Foto Diyot Zener Diyot LED

17 Diyotların kullanım amaçları:
PN diyotlar genellikle güç kaynaklarında doğrultmaç elemanı olarak kullanılırlar. Kullanıldıkları devrelere mutlaka seri bir direnç ile bağlanırlar. Ters polarlama gerilimi zorlandığında bozulur. Zener diyodun en sık görülen kullanımı ön gerilimleme ve karşılaştırmaya yönelik sabit bir referans gerilim sağlamaktır. Örneğin; Gerilim sabitleme, sinyal kırpma, elektronik eleman koruma vb. gibi. Piyasada değişik gerilim değerlerine sahip zener diyotlar bulunmaktadır. Zener diyodu yüksek akıma karşı korumak için direnç ile seri bağlamak gerekir.

18 transistör Girişine uygulanan sinyali yükselterek gerilim ve akım kazancı sağlayan gerektiğinde anahtarlama elemanı olarak kullanılan elektronik devre elamanıdır. Transistörlerin yapısında N ve P tipi yarı iletkenleri oluşturan germanyum veya silisyum maddeleri bulunur. N veya P tipi yarı iletkenlerin özel yöntemlerle birleştirilmesi suretiyle transistörler elde edilir.

19 Transistörün Anahtarlama Elemanı olarak kullanılması:
Transistörlerin en temel kullanım alanlarından biri devredeki güç akışını bir anahtar gibi kontrol etmektir. Transistör tipine göre yükün devreki bağlandığı yer de değişir. NPN tip transistörün base’ine uygulanan sinyal 1 (HIGH) iken transistör iletime geçerken, PNP tip transistörde base’e uygulanan voltaj 0 (LOW) iken transistör iletime geçer. PNP tipi transistörlerde yük tarafındaki voltajın base voltajından büyük olması, base koluna bağlı mikrodenetleyicinin zarar görmesine neden olacağı için dikkat edilmesi gerekir. PNP de yük tarafındaki voltajın base voltajından büyük olması gereken durumda özel bir devre kullanılarak bu durumun üstesinden gelinebilir.

20 H - KÖPRÜSÜ H Köprüsü voltajın her iki yönde de uygulanabilmesine yarayan elektronik bir devredir. Genellikle DC motorların yönünü değiştirmek için kullanılmaktadır.

21 SÜRÜCÜ ENTEGRELER SÜRÜCÜ DEVRELER L298 L293

22 Pulse wıdth modulatıon (PWM)
PWM gücü, yüke kısmi olarak aktarmaya yarayan diital bir tekniktir. Gücü kısmi olarak dağıtan analog elemanlar potansiyometre ve reostalardır. Ancak potansiyometre ve reostalarda gücün bir kısmı harcanır ve ısıya dönüşür. PWM tekniğinde hızlı anahtarlama yapılarak güç kısmi olarak ayarlanır. Böylece ideal olarak güç yok kayıpsız bir şekilde aktarılır. Anahtarlama yapılan elamanla (transistör) alakalı düşük kayıplar olmaktadır. Kısmi Güç PWM tekniği kare dalgaların açık olma uzunluğuna dayanır. Kare dalganın açık-kapalı olma durumu ortalama voltajı değiştirir. Sinyalin kapalı-açık olma durumu yükten hızlıysa, yük bu anahtarlamadan etkilenmeyecektir.

23 Görev döngüsü (ing: duty cycle)
Görev döngüsü (sinyalin genişliği) sinyalin ne kadar açık kalacağının yüzdesidir. Görev döngüsü değiştirilerek volta değiştirilir. Sinyalin frekansında bir değişiklik yapılmaz. Period (T) Duty Cycle (D) VL VH On Off ORTALAMA VOLTAJ GÖSTERİLDİĞİ GİBİ HESAPLANIR: Not: Yükün başlangıç gerilimi basitleştirmek için genellikle 0 alınır.

24 Bu kapasitör anahtarlamada oluşan voltaj dalgalanmalarını
DC MOTOR SÜRÜCÜ DEVRESİ Snubber Capacitor Bu kapasitör anahtarlamada oluşan voltaj dalgalanmalarını sönümlemek için kullanılır. Flyback diode Bu diyot anahtarlamada bobin üzerinde oluşan negatif voltaj yükselişlerini devrede geri döndürmek için kullanılır.

25 ARDUINO İLE PWM TEKNİĞİ KULLANARAK DC MOTOR SÜRMEK
MALZEMELER 1 adet BC337 (NPN) transistör 1 adet 1N4001 diyot 1 adet 1µF kondansatör (motora paralel bağlanacaktır.) 1 adet 1kΩ direnç 1 adet potansiyometre

26 ARDUINO KODU void setup() {
pinMode(3, OUTPUT); // 3. bacak çıkış olarak ayarlanır. } void loop() { int pot = analogRead(A0); // int tipindeki pot değişkenine analog değer yazılır. int duty = sensorValue * (255 / 1023); // 10 bitlik analog değer 8 bite dönüştürülür. analogWrite(3,duty); // 3. bacağa pwm değeri gönderilir. delay(2); // analog okumaların sağlıklı yapılması için bekleme süresi eklendi