GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ...

GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ

ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

TEMEL ELEKTRİK LABORATUVARI – I

DENEY FÖYÜ

1

İÇİNDEKİLER

LABORATUVAR GÜVENLİK KURALLARI ........................................................................ 3

1. DENEY-1: AVOMETRE, OSİLOSKOP ve İŞARET ÜRETİCİ KULLANIMI .................. 4

1.1. Hazırlık Çalışması ........................................................................................................... 4

1.2. Açıklayıcı Bilgiler ........................................................................................................... 4

1.3. Deneyin Yapılışı .............................................................................................................. 6

1.4. Raporda İstenenler: ........................................................................................................ 10

2. DENEY-2: KATOT IŞINLI OSİLOSKOP DENEYİ .......................................................... 11

2.1. Hazırlık Çalışması ......................................................................................................... 11

2.2. Açıklayıcı Bilgiler ......................................................................................................... 11

2.3. Deneyin Yapılışı ............................................................................................................ 17

2.4. Raporda İstenenler ......................................................................................................... 20

3. DENEY - 3: AKIM, DİRENÇ ve KAPASİTENİN ÖLÇÜLMESİ ..................................... 22





4. DENEY-4: KIRCHHOFF YASALARI ve BİR KAYNAKTAN MAKSİMUM GÜÇ

ÇEKME .................................................................................................................................... 28





5. DENEY-5: THEVENIN, NORTON ve SÜPER POZİSYON TEOREMLERİNİN

İNCELENMESİ ....................................................................................................................... 32




2


6. DENEY-6: DOĞRU AKIM KÖPRÜLERİ .......................................................................... 37



6.3. Deneyin Yapılışı ve Raporda İstenenler ........................................................................ 40

7. DENEY-7: D. A. DEVRELERİNDE GEÇİCİ DURUMLARIN İNCELENMESİ ............. 41



7.3. Deneyin Yapılışı ve Raporda İstenenler ........................................................................ 44

8.DENEY-8: ELEKTROMIKNATIS VE DOĞRU AKIM MOTURU DENEYİ ................... 46





3

LABORATUVAR GÜVENLİK KURALLARI

YAPMAYINIZ:

1. Laboratuvarda kesinlikle yalnız çalışmayınız.

2. Laboratuvara yiyecek ve içecek getirmek kesinlikle yasaktır.

3. Deney masaları üzerine sıvı içeren bir şey koymayınız.

4. Deneyiniz dışında başka bir işle meşgul olmayınız.

5. Kullanımını bilmediğiniz cihazları kullanmayınız.

6. Deney sorumlusu kurduğunuz devreyi kontrol etmeden deney düzeneğine kesinlikle

enerji vermeyiniz.

7. Enerji altında olup olmadığını bilmediğiniz makine aksamlarına dokunmayınız.

8. Laboratuvarda yüksek sesle konuşmayınız.

YAPINIZ:

1. Laboratuvara gelirken uygun kıyafet giyiniz.

2. Deneye gelirken deney föyünüzü ve hesap makinenizi mutlaka getiriniz (Deney föyü yanında olmayan öğrenciler deneye alınmayacaktır).

3. Deneydeki devreleri kurarken enerji olmamalıdır.

4. Deney devrenizi kurarken cihazları kapalı tutunuz.

5. Deney föyünüzü deneye gelmeden önce mutlaka okuyunuz ve gerekli ön hazırlığı

yapınız.

6. Deney bitince cihazları kapatınız ve enerjisini kesiniz.

7. Doğruluğundan emin olmadığınız bağlantıları daima deney sorumlusuna gösteriniz.

8. Deney esnasında yolunda gitmeyen bir durum fark ettiğiniz anda vakit geçirmeden deney sorumlusuna haber veriniz.

9. Laboratuvardan ayrılırken bütün cihazları kapatınız, cihazları ve kabloları yerlerine

koyunuz.

10. Deney sırasında elektrik çarpmasına karşı tüm önlemleri aldığınızdan emin olunuz.

11. Deneylere giriş için zamanında (ders saatinden 5 dakika önce ) laboratuvarda hazır

bulununuz.

Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölüm Başkanlığı

1. DENEY-1: AVOMETRE, OSİLOSKOP ve İŞARET ÜRETİCİ KULLANIMI

1.1. Hazırlık Çalışması

Deneye gelmeden önce aşağıdaki konuları araştırarak kısa bir rapor yazınız.

1. Ölçme nedir, nasıl yapılır?

2. Ölçmenin temel prensipleri nelerdir?

3. Elektriksel büyüklükler ölçülürken cihazlar nasıl kullanılır?

1.2. Açıklayıcı Bilgiler

1.2.1. Deneyin Amacı:

Bu deneyde elektrik devrelerindeki akım, gerilim, direnç gibi fiziksel büyüklüklerin ölçülmesi

konusu incelenecektir. Öncelikle bu büyüklüklerin ölçülmesinde kullanılan ölçü aletleri

tanıtılacak, ardından deney setinde basit bir elektrik devresi kurularak devredeki akım ve

gerilim değerleri ölçülecektir. Bu değerlerin Kirchhoff’un akım ve gerilim yasalarına uyup

uymadığı kontrol edilecektir. Ayrıca elektriksel büyüklüklerin zamana göre değişim

biçimlerini incelemede çok büyük önemi olan osiloskopta gerilim, akım, zaman ve frekans

ölçülerinin nasıl yapılabileceği gösterilecektir.

1.2.2. Ön Bilgi

Bir elektrik devresindeki temel büyüklükler devre elemanları üzerindeki akım ve gerilim

değerleridir. Bu büyüklükleri ölçmek için, aslında kendileri de elektrik devreleri olan ölçü

aletlerini kullanırız. Yani, akım ölçmek istiyorsak ölçeceğimiz akımı, üzerinden geçen akımın

değerini bize bildirecek olan bir devreden (ölçü aletinden) geçirmemiz gerekir. Yani; ölçü

aletini devreye seri olarak bağlamalıyız. Gerilim ölçmek istiyorsak, uçlarına uygulanan

gerilim değerini gösteren bir devreye (ölçü aletine) ölçülmesini istediğimiz gerilimi

uygulamamız lazımdır. Yani; ölçü aletini devreye paralel olarak bağlamalıyız. Bu ölçü aletleri

aşağıda tanıtacağımız avometre (multimetre) ve osiloskoptur. Avometre üzerindeki anahtarı

değiştirmek suretiyle isteğe göre bir ampermetre ya da voltmetre olarak kullanılabilen bir

ölçme aletidir. Ayrıca elemanların direnç değerlerini de ölçebildiğinden

A(mper)V(olt)O(hm)METRE ismini almıştır. Osiloskop ise yalnızca gerilimi ölçer, ancak

buna karşın devredeki bir gerilimin zamana göre değişimi ayrıntılarıyla gösterir. Genel olarak

ölçme eylemindeki temel problem ölçü aletinin ölçüm yaptığımız sistemi etkilememesini

sağlamaktır. Halbuki her ölçü aletinin bir iç direnci olduğundan, akım ölçerken bu iç direnç

akımını ölçeceğimiz elemana seri, gerilim ölçerken ise

4

5

elemana paralel bağlanarak devredeki elektriksel büyüklükleri değiştirir. Bu kaçınılmaz sorunu

etkisizleştirmenin yolu ampermetre için iç direncin çok küçük, voltmetre için ise çok büyük

olmasını sağlamaktır.

Şekil 1.1: Analog AVOMETRE Şekil 1.2: Dijital AVOMETRE

Analog AVOMETREler (Şekil 1.1) için iç direnç önemli bir etki oluşturmasına karşın modern

dijital AVOMETREler (Şekil 1.2) için bu değerleri farkedilebilir bir etki oluşturmamaktadır.

Ancak etkisiz de denilemez. Deneylerimiz boyunca dijital AVOMETRE kullanacağız. (Not:

Analog AVOMETRE kullanmak durumunda kalmanız halinde herbir kademe için iç direnç

değerleri arkasındaki etikette yazmaktadır. Ölçümlerinizi bu değerleri hesaba katarak yapmanız

daha doğru sonuca ulaşmanızı sağlayacaktır.)

Kullanacağımız bir dijital avometrenin görüntüsü de Şekil 1.2’de verilmiştir. Görüldüğü gibi

bir ayar düğmesi ile ne ölçeceğimizi belirtmemiz gerekir. Daha sonra gerilim ya da direnç

ölçeceksek kullandığımız problardan (probe (sonda): ölçü aleti ile devre arasında elektriksel

bağlantıyı sağlayan kablo) birini ölçü aletinin COM girişine diğerini ise V girişine takmalıyız.

Akım ölçmek için ise problardan birini yine COM girişine diğerini ise 10A girişine

takmalıyız. Akım girişinde 10 amperlik sigorta bulunmaktadır. Deney boyunca bu girişten 10

amperden yüksek akımları

6

geçirmememiz gerekir. (Ölçü aleti üzerinde daha düşük değerlerde sigortası bulunan mA ve µA

girişi ayrıdır ancak bu deneyde bu girişleri kullanmayacağız.)

1.2.3. Kirchhoff’un Akım ve Gerilim Yasalarının Sınanması

Bildiğiniz gibi elektrik devre teorisinde iki temel yasa bulunur. Kirchhoff’un akım yasası

(KAY) dediğimiz yasaya göre bir elektrik devresinde belirlediğimiz bir kapalı yüzeyden dışarı

doğru çıkan akımların toplamı sıfırdır. Diğer bir ifadeyle bir düğümden çıkan akımların

toplamı sıfırdır şeklinde ifade edilebilir. Kirchhoff’un gerilim yasası (KGY) olarak

adlandırılan diğer bir yasa ise devrede bir çevre boyunca gerilimlerin toplamının sıfır

olduğudur.

1.3. Deneyin Yapılışı

Şekil 1.3’deki devreyi deney setinizde kurunuz. 5 V değerindeki doğru gerilimi kaynaktan

alınız. Kirchhoff’un gerilim yasasının doğruluğunu sınamak için avometre ile V1-V2 ve V2-

V3 gerilimlerini ölçünüz ve KGY’nin Ç1 çevresi için geçerli olduğunu gösteriniz

Şekil 1.3

Kirchhoff’un akım yasasının doğruluğunu sınamak için avometre ile I1, I2 ve I3 akımlarını

ölçünüz. KAY’nin V2 düğümü için geçerli olduğunu gösteriniz.

1.3.1.Osiloskop

Osiloskopun çalışma prensibi (ilkesi) ve içyapısı ilerleyen deneylerde ele alınacaktır. Bu

deneyde kullanımı için gereken temel bilgiler verilecektir. Temel olarak osiloskop periyodik

işaretleri durağan şekilde gözlemlemeye yaramakla birlikte daha detaylı kullanım alanları

olan ve anlık işaretleri gözlemlemeye de imkan tanıyan bir ölçü aletidir.

7

Şekil 1.4: Analog Osiloskopun Ön Yüzü

Şekil 1.4’te görülen osiloskop 2 kanallı analog bir osiloskoptur. CH1 ve CHII prob girişleridir.

Her kanalın yanında bulunan VOLTS/DIV komütatörü ilgili kanal için ekrandaki bir düşey

karenin kaç voltluk değişime denk geldiğini ayarlamak içindir. TIME/DIV komütatörü ise

yatay bir karanin kaç saniyeye denk geldiğini ayarlamak içindir.

1.3.2. Osiloskobun Çalıştırılması

1. Osiloskobun açma-kapama (ON-OFF) anahtarı kapalı konumdayken , odaklama

(FOCUS) ve ışık şiddeti (INTENSITY) düğmeleri en küçük konumlarda olmalı.

2. Düşey ve yatay konumu kontrol düğmeleri yaklaşık olarak ortada olmalı.

3. Başka bir işaretle senkronizasyon sağlamak amaçlı (EXT) düğmesi, dışarıdan alınan

herhangi bir işarete göre senkron olunmak istenmediği sürece kapalı konumunda

olmalı.

4. Yukarıda belirtilen hususlara dikkat ettikten sonra osiloskobu şehir şebekesine

bağlayınız.

5. Açma-kapama (ON-OFF) anahtarını ON konumuna alınız.

6. Osiloskop ısınıncaya kadar bekleyiniz. Daha sonra ışık çizgisi ekranda görülebilecek

kadar INTENSITY düğmesiyle ışık şiddetini ayarlayınız. Eğer çizgi ekranda

görülmüyorsa, X-Y POSITION diye belirtilen konum kontrol düğmeleri yardımıyla,

ışık çizgisini bulmaya çalışınız. Daima, INTENSITY’ yi mümkün olduğu kadar küçük

8

seviyelerde tutunuz. Çünkü, ışıklı çizgi çok parlak olursa ekranın floresan maddesi

daha çabuk tükenecektir.

7. Odaklama (FOCUS) düğmesi ile ışıklı çizginin netliğini sağlayınız.

8. Konum kontrollerini X-Y POSITION kullanarak çizgiyi ortalayınız.

9. AT/NORM düğmesini kapalı konuma getirerek tetiklemenin otomatik olarak

yapılmasını sağlayınız.

10. TIME/DIV düğmesini 10 ms (ya da daha az) konumuna alınız.

Bütün bu işlemlerden sonra osiloskop, ölçümler için hazırdır.

1.3.3. Gerilim Ölçme

Osiloskop bir voltmetre gibidir. Süpürme gerilimi varken düşey giriş uygulanan, örneğin

sinüsoidal bir gerilimin zamana göre değişimi ekran üzerinde görülür. Ancak alternatif akımda

şasesiz (topraksız) bağlantılar yanlış sonuç gösterecektir. Düşey sapmanın uzunluğu okunarak

giriş işaretinin tepeden tepeye değeri okunabilir. Burada istenirse işaretin efektif (etkin - rms)

değeri de hesaplanabilir.

1.3.4. Test Direnci Kullanarak Akım Ölçme

Osiloskoplar genellikle gerilim ölçmeye yararlar. Dolaylı olarak akım ölçülebilir. Akım

ölçmenin bir yolu, değeri bilinen lineer bir direnç kullanarak bunun uçlarındaki gerilimi ölçüp,

Ohm yasasından yararlanarak içinden geçen akımı hesaplamaktır. Endüktans özelliği

göstermeyen, genellikle 1 Ohm değerinde direnç seçilir. Bu durumda gözlenen gerilim,

ölçülmek istenen akımla aynı biçimde olur ve aynı sayısal değere sahip olur.

1.3.5. Zaman Ölçme

Süpürme gerilimi varken osiloskobun zaman devresinin TIME/DIV anahtarıyla dalga şekli

ekranda elde edilir. Şekil, yatay bölmeler okunabilecek uygun bir yere getirilir. Bu durumda,

zaman = yatay uzunluk * (time/div) olmaktadır

1.3.6. Frekans Ölçme

Periyodik bir dalganın frekansını ölçme, süpürme geriliminin periyodundan yararlanarak

mümkün olur. Periyodik dalganın peryodu T ise, frekansı f = 1/T olur. Periyot, zaman

ölçmesinde anlatılan yolla bulunduktan sonra; frekans, periyodun çarpmaya göre tersi alınarak

hesaplanır.

9

1.3.7. İşaret Üreteci (Fonksiyon Jeneratörü):

İşaret üreteci, belirli üst ve alt sınırlar içinde, istenilen genlik ve frekans değerinde sinüs, kare,

üçgen gibi dalga şekillerini üretebilir. Frekansı ayarlarken önce çalışılacak alan seçilir

(RANGE); sonra da FREQUENCY düğmesiyle hassas ayar yapılarak istenilen frekans elde

edilir.

11. Açma kapama düğmesi

12. İşaret üretecinin çalışır durumda olup olmadığını gösteren düğme

13. Frekans kademesi düğmeleri

14. Dalga şekli düğmeleri

15. Çarpan katsayı (Frekans kademesindeki değeri 0,2 ile 2,0 arasındaki bir sayı ile çarparak

çalışmayı istediğimiz frekans değerine ulaşmamızı sağlar)

16. Dalga şeklinin zaman simetrisini kontrol eden düğme (düğme CAL durumundaysa

dalga şekli %100 simetriktir.)

17. Zaman simetrisini eviren düğme

18. Çıkış işaretinin DC düzeyini ayarlamaya yarayan anahtar

19. Çıkış işaretinin genliğini kontrol eden düğme

20. Bu düğmeye basıldığında çıkış işaretinde 20 dB’lik bir zayıflama meydana gelir.

21. Kare, üçgen, sinüs dalga şekillerinin alınabildiği çıkış

22. Frekans aralığını dışarıdan taramak (VCF: voltage-controlled frequency) için

kullanılan giriş

23. TTL lojik devrelerini sürmek için kullanılan çıkış

Şekil 1.5: İşaret Üretecinin Ön Yüzden Görünümü

10

1.3.8. Deneyin Yapılışı:

1. Osiloskop çalıştırılır ve daha sonra işaret üreteci ile bağlantısı yapılır.

2. İşaret üretecinden elde edilecek sinüsoidal ve kare dalga işaretleri için gerilimleri 1V

frekansları da f = 800 Hz ve 10 kHz olarak ayarlayınız. Osiloloskop ile işaret üreteci

arasındaki bağlantıyı sağlayarak osiloskop ekranında görülen işareti düşey ve yatay

kuvvetlendirme katsayılarını göz önüne alarak çiziniz.

3. Şekil 1.6’daki düzeneği kullanarak 1V’luk f = 1kHz frekansında sinüsoidal gerilim için

devreden geçen akımı osiloskop kullanarak bulunuz. Bulduğunuz akım değerini ve

devrede kullanılan direnç değerleri kullanarak sinyal üretecinden elde edilen gerilim

değerine ulaşmaya çalışınız.

Şekil 1.6:. Devreden geçen akımın osiloskop ile ölçülmesi

1.4. Raporda İstenenler:

Deneyde yapılanların anlatıldığı ve elde edilen sonuçların metrik kağıda çizilerek gösterildiği

deney raporu bir sonraki deneyden önce deneyi yapan görevliye teslim edilmelidir.

NOT : Ek ödev ve deney sonrası çalışmalar deneyin görevlisi tarafından sözlü olarak

bildirilecektir.

11

2. DENEY-2: KATOT IŞINLI OSİLOSKOP DENEYİ


1. Osiloskop nedir, ne işe yarar? Araştırınız.

2. Analog osiloskobun çalışma şeklini ve yapısını araştırınız.

3. Katot ışınlı tüp ve elektron tabancası nedir? Araştırınız.

4. Kalibrasyon nedir, osiloskopta kalibrasyon nasıl yapılır? Araştırınız.

5. Osiloskopta ölçülen elektriksel büyüklük nedir, osiloskopla akım ölçülebilir mi?

Araştırınız.

6. Sinyal jeneratörü nedir, ne işe yarar? Araştırınız.


2.2.1. Deneyin Amacı

Bu deneyde, analog osiloskop yardımıyla çeşitli büyüklüklerin (genlik, faz farkı ve frekans

gibi) nasıl ölçülebileceğinin öğrenci tarafından anlaşılması amaçlanmıştır.

2.2.2. Gerekli Malzemeler

İki kanallı analog osiloskop, Sinyal üreteci

2.2.3. Osiloskobun Yapısı

Şekil 2.1: Katot ışınlı osiloskopun temel bileşenleri

Şekil 2.1’de Katot ışınlı osiloskopun temel yapısı gösterilmiştir. Bu tipteki osiloskoplarda

televizyon tüplerinin benzeri olan katot ışınlı tüp bulunmaktadır. Katot ışınlı tüpün parçaları,

havası boşaltılmış cam bir tüp içindedir.

12

Katot ışınlı tüp temel olarak 3 kısımdan oluşur:

1. Elektron Tabancası

2. Düşey (Y) ve Yatay (X) saptırma levhaları

3. Ekran

Elektron Tabancası

Elektron tabancası elektronların meydana gelmesini ve kontrolünü sağlamaktadır. Elektron

tabancasının katodu, bir flaman yardımıyla ısıtılır. Isının etkisiyle katotun yapısında yer alan

serbest elektronlar koparak anota uygulanan yüksek potansiyelli gerilim yardımıyla anota doğru

hızla hareket ederler. Yüksek hızlı bu ince elektron demeti iki ayrı saptırma levhaları arasından

geçer. Birinci saptırma levhaları elektron demetini düşey doğrultuda aşağı-yukarı saptırırlar.

Düşey saptırmanın yönünü, saptırma levhalarına uygulanan gerilimin polaritesi belirler. Sapma

miktarını ise, aynı gerilimin genliği belirler. Elektron demeti daha sonra, yatay saptırma

levhalarına uygulanan gerilimin polaritesine ve genliğine bağlı olarak sağa-sola saptırılır.

Böylece, elektron demetinin fosforlu ekran üzerinde hangi noktaya düşeceği belirlenmiş olur.

Fosforlu ekran üzerine düşen yüksek enerjili elektron demeti fosforun parlamasına neden olur.

Görüntünün ekran üzerinde meydan gelmesi bu şekilde olur.

Şekil 2.2: Katot ışınlı osiloskobun blok şeması

Düşey (Y) ve Yatay (X) Saptırma Levhaları

Osiloskop ekranında dalga şekillerini izleyebilmek için elektron ışınının yatay olarak

saptırılması gerekir. Normal çalışmada ışının yatay sapmasını tekrarlayabilmesi için, ışının

sapmaya başladığı noktaya geri döndürülmesi gerekir. Işın soldan sağa doğru saptırılır ve geri

13

dönüş esnasında ekranda görünmesi engellenir. Ekranda izlenmek istenen işaret ise, ışını

düşey olarak saptıracak elektronik devrelere uygulanır. Şekil 2.2’de katot ışınlı osiloskobun

blok şeması görülmektedir. Osiloskopta incelenen işaret çok küçükse, işaretin genlik, sıklık,

periyot gibi büyüklüklerinin daha rahat gözlenmesi için işaret yatay ve düşey yönde

büyütülebilir. Bunun için işaret önce kuvvetlendirilir; daha sonra levhalara uygulanır.

Osiloskoptaki görüntünün düşey yönde büyütülmesi VOLTS/DIV düğmesiyle ve yatay yönde

büyütülmesi TIME/DIV düğmesiyle gerçekleştirilir.

Yatay Süpürme (Tarama) Devresi

Bu kısım zamanla testere dişi bir işaret (gerilim) üreten bir osilatör olup, bu gerilim

osiloskobun yatay saptırma levhalarına uygulandığında, düşey levhalarda bir gerilim yokken

ışıklı nokta ekranda orta kısımda düz bir yatay çizgi (zaman ekseni) olarak görülür. Düşey

levhalarda zamanla değişen bir işaret olup yatay levhalara işaret uygulanmamışken ekranda

düşey bir çizgi görülmektedir. Yatay levhalara testere dişi gerilim, düşey levhalara da

zamanla periyodik olarak değişen bir gerilim: sinüsoidal, üçgen, kare dalga, vb.

uygulandığında ekranda düşey levhalara uygulanan gerilim görülmektedir. Düşeye ve yataya

uygulanan işaretler birlikte senkron olurlarsa, ekrandaki işaret duruyormuş gibi görünür. Aksi

halde ekrandaki işaret sürekli olarak sağa ya da sola doğru kayar.

Ekrandaki görüntünün kararlı olabilmesi için, süpürme işareti ile izlenecek işaretin

senkronlanması gerekir. Eğer senkronlanma sağlanmamışsa ekrandaki görüntünün yatay eksen

boyunca kaydığı görülecektir.

İzlenecek işaret düşey işaret bölücüsüne ya doğrudan (DC konuma) bağlanır, ya da bir

kondansatörden geçirilerek (AC konumu) bağlanır. DC konumda iken, işaretin AC ve DC

bileşenlerinin toplamı düşey bölücü girişine uygulanır. Bu durumda işaret olduğu gibi ekranda

görüntülenir. AC konumda iken, bir kondansatörden geçirilen işaretin DC bileşeni süzüleceği

için, ekranda sadece AC bileşeni görüntülenecektir.

Çok izli çalışma

Birden fazla işaretin değişimini aynı anda osiloskop ekranında görebilmek için yapılabilecek

iki şey vardır. Birincisi, elektron tabancası sayısını arttırmaktır. Bu masraflı bir yöntem

olduğundan pek tercih edilmez. İkincisi ise, çok izli osiloskop kullanmaktır. Bu yöntemde,

ekranda çok görüntü elde etmeye yarayan bir elektronik anahtarlama devresi kullanılmaktadır.

14

Bu tür osiloskoplar çift izli osiloskoplar olarak adlandırılır. Çift iz özelliği atlamalı

(ALTERNATE) ya da kıyımlı (CHOPPER) çalışma ile sağlanır.

Atlamalı çalışma modunda, süpürme işaretinin her bir periyodunda bir kanaldaki işaret (A

kanalı) anahtarlama devresi yardımıyla düşey saptırma levhalarına uygulanır ve dolayısıyla

ekrana çizdirilir. Bir sonraki periyotta diğer kanaldaki işaret (B kanalı) ekrana çizdirilir.

Fosforlu ekranın kalıcılık özelliğinden dolayı, aynı kanala ait işaret tekrar çizdirilene kadar

önceki görüntü kaybolmaz. Böylece iki işaret Şekil 2.3’te olduğu gibi, aynı anda ekranda

görüntülenmiş olur. Atlamalı çalışma modu yüksek frekanslı işaretlerin aynı anda

görüntülenmesi açısından uygundur. Düşük frekanslı işaretlerin bu modda görüntülenmesinde

problem çıkabilir. Şöyle ki, ekranın kalıcılık süresi işaretin periyodunun yarısından daha küçük

olduğunda, işaret ekrana tekrar çizdirilene kadar ilk çizdirilen görüntü kaybolacaktır. Bu

yüzden de iki işareti aynı anda ekran üzerinde görmek mümkün olmayacaktır.

Şekil 2.3: Atlamalı çalışma modunda iki işaretin aynı anda görüntülenmesi

Kıyımlı çalışma modunda ise, süpürme işaretinin bir periyodu eşit zaman dilimlerine bölünür.

Her bir dilimde anahtar konum değiştirir ve diğer kanaldaki işaretin düşey saptırma levhalarına

uygulanmasını sağlar. Bu işlem hem çok hızlı, hem de zaman dilimleri çok dar olduğu için

kesiklik gözle farkedilemez ve görüntü sürekliymiş gibi görünür. Şekil 2.4’te anlaşılırlığı

arttırmak için zaman dilimi sayısı düşük tutulmuştur. Görüntünün bir periyotta binlerce ve çok

küçük süreli parçalardan oluştuğu düşünüldüğünde, görüntülerin kesikli değil de sürekliymiş

gibi algılanacağı açıktır. Kıyımlı çalışma modu yüksek frekanslı işaretlerden daha çok, düşük

frekanslı işaretler için uygundur.

Şekil 2.4: Kıyımlı çalışma modunda iki işaretin aynı anda görüntülenmesi

15

2.2.4.Osiloskobun Tanıtılması

1 POWER Osiloskobu açma-kapama düğmesi

2 INTEN Osiloskoptaki işaretin keskinliğini ayarlamak için kullanılır

3 TRACE

ROTATION

Osiloskoptaki işaretin yatay düzlemde eksen çizgisine göre

ayarlanmasını sağlar

4 FOCUS Osiloskoptaki işaretin netliğini ayarlar

5 CAL 2Vp-p Tepeden tepeye değeri 2V olan 1kHz’lik referans işaret sağlar

16

7 20MHz BWL Bant genişliğini yaklaşık 20 MHz olarak ayarlar

9 CH1 POSITION CH1(Kanal 1) için izin dikey konumunu ayarlamak ve

CURSOR FUNCTION ile ölçüm yapmak için kullanılır.

10 CH2 POSITION CH2(Kanal 2) için izin dikey konumunu ayarlamak için

kullanılır

12 ALT/CHOP/ADD-INV

Osiloskobu ALTERNATE (atlamalı), CHOPPER(kıyımlı),

ADD (toplama) ve INV(tersini alma) modunda çalıştırmak

için kullanılır

13 CH1 VOLTS/DIV

Kanal1’in hassasiyetini ayarlar. Bu düğme ile dikey saptırma

çarpanı seçimi yani dikey eksenin ölçeklendirilmesi yapılır.

Bu sayede ekrandaki yatay çizgilerin arasının kaç voltluk

gerilime karşılık düşeceği ayarlanır. Ayar değeri genlik

ölçümünde kullanılır. (2mV/div - 5V/div.)

14 CH2 VOLTS/DIV

Kanal2’in hassasiyetini ayarlar. Bu düğme ile dikey saptırma

çarpanı seçimi yani dikey eksenin ölçeklendirilmesi yapılır.

Bu sayede ekrandaki yatay çizgilerin arasının kaç voltluk

gerilime karşılık düşeceği ayarlanır. Ayar değeri genlik

ölçümünde kullanılır. (2mV/div - 5V/div.)

15 CH1-VAR Ölçüm için CH1’deki sinyali seçer

16 CH2-VAR Ölçüm için CH2’deki sinyali seçer

17 CH1 AC/DC CH1 için AC veya DC giriş kuplajı seçimi yapar

18 CH2 AC/DC CH2 için AC veya DC giriş kuplajı seçimi yapar

19 CH1 GND-Px10

Basıldığında CH1’i toprağa bağlar, tekrar basıldığında

devreye alır. Ayrıca bu düğmeye bir miktar basılı tutulup

bırakılırsa ölçülen sinyal ekranda 1:10 oranında

ölçeklenebilir.

20 CH2 GND-Px10

Basıldığında CH2’yi toprağa bağlar, tekrar basıldığında

devreye alır. Ayrıca bu düğmeye bir miktar basılı tutulup

bırakılırsa ölçülen sinyal ekranda 1:10 oranında

ölçeklenebilir.

21 TIME/DIV

Zaman bazı hızını ayarlar. Bu komütatör ile yatay tarama

değerleri seçilerek yatay eksenin (zaman ekseni)

ölçeklendirilmesi yapılır yani yatay tarama hızı seçilir.

17


Osiloskop karşısında ilk yapılması gerekenler:

1. Osiloskobun Power (Güç) düğmesine basılarak bir süre ısınması beklenir.

2. Parlaklık (INTEN) potansiyometresi ile parlaklık ayarı yapılır. Çizgi belirdikten sonra

parlaklık yine bu düğme yardımı ile istenilen şekilde ayarlanabilir (Çok parlak olması

fosfor ekrana zarar verir).

3. Çizgi, Position ve Horizontal position düğmeleri ile oynanarak çizgi ekran üzerine

düşürülmeye çalışılır.

4. Işıklı çizginin parlaklığı ayarlandıktan sonra gerekiyorsa netliği de FOCUS ile ayarlanır.

2.3.1. Osiloskop ile DA (Doğru Akım) işaretlere ait genlik ölçümü

Tam DA gerilim ekranda düz bir çizgi şeklinde

görülür.

Ekranda görünen DA gerilimin gerçek değerini

bulmak için:

V = prob çarpanı x kare sayısı (düşey) x Volts / DIV formülü kullanılır.

Deney Sırasında Yapılacaklar

Deney seti üzerindeki sinyal üretecinde 5V’luk DA işareti ayarlayınız. Osiloskopta GND

tuşuna basınız ve ekranda görülen izin sıfır seviyesini x-ekseni üzerine gelecek şekilde

ayarlayınız. Probu x1 konumunda kullanarak CH1 girişinin kuplajını DC olarak ayarlayınız.

Sinyal üretecinin çıkışını osiloskobun CH1 girişine uygulayınız. Ekrandaki izin önceki

konumuna göre kaç bölme yer değiştirdiğini ve VOLTS/DIV anahtarının konumunu Tablo

2.1’e kaydediniz. DA gerilimin değerini hesaplayınız ve Tablo1’e kaydediniz.

18

Tablo 2.1

DA Gerilim Ölçümü

Ölçülen/Hesaplanan Nicelik Ölçüm hesaplama sonucu ve birimi

Osiloskop Ölçümü VOLTS/DIV konumu

Ölçülen DA gerilimi

2.3.2. Osiloskop ile AA (Alternatif akım) işaretlere ait genlik, frekans ve faz farkı

ölçümü

Genlik Ölçülmesi;

Ekrandaki işaretin genliği Y (düşey) ekseninde ölçülür. Genlik, ilk önce ekran üzerindeki

kareler cinsinden belirlenir. Daha sonra VOLTS/DIV giriş zayıflatıcısı komütatörünün

üzerindeki işaretin gösterdiği değer ile kare sayısı çarpılarak gerilimin genliğe ilişkin değeri

belirlenir. Şekil 5’te görüldüğü gibi gerilimin maksimum değeri 2 karedir ve osiloskoptaki

ayarda her bir kare 50mV’a ayarlanmıştır. Dolayısıyla gerilimin maksimum değeri;

V = 2x50x10-3 = 100 mV max olarak hesaplanır. Gerilim dalga şeklinin efektif değerini

hesaplayacak olursak;

Gerilim dalga şekli sürekli bir sinüs olduğundan dolayı

𝑉𝑒𝑓𝑓 =𝑉𝑚𝑎𝑥

√2 dolayısıyla,

𝑉𝑒𝑓𝑓 =100𝑥10−3

√2= 70,71 𝑚𝑉 olarak bulunur.

Gerilim başka bir şekle sahip ise efektif değer formülünden hesaplanır.

Şekil 2.5

19

Periyot Ölçülmesi;

Periyot ölçümleri X (yatay) ekseninde yapılır. Dalga şeklinin bir periyodunun X ekseni

yönündeki uzunluğu kareler sayılarak belirlenir. Daha sonra TIME/DIV komutatörünün

gösterdiği değer (örneğin burada 1ms/div olsun) ile kare sayısı çarpılarak işaretin periyodu

belirlenir. Şekil 2.5’e tekrar bakacak olursak; dalga şekli bir periyodunu 10 karede

tamamlamaktadır ve her bir kare 1ms’ye tekabül ettiğinden dolayı dalga şeklinin periyodu

10ms’dir. Buradan frekansa geçecek olursak;

𝑓 =1

10𝑥10−3 = 100 𝐻𝑧 olarak bulunur.

Deney Sırasında Yapılacaklar :

Osiloskobun CH1 girişine, Deney Sorumlusu’nun Sinyal üretecinden ayarladığı sinyali

uygulayınız. Osiloskobun CH1 girişini AC konumuna getiriniz. Yaklaşık bir tam periyod elde

edebilmek için TIME/DIV anahtarını ayarlayınız. Daha sonra aşağıdaki adımları uygulayınız:

1. 5 VOLTS/DIV ve 1 ms TIME/DIV konumları için işaretin tepeden tepeye (peak to

peak) genlik bölme sayısını ve genlik değerini Tablo 2.2’ye kaydediniz. Ayrıca

sinüzoidal işaretin periyot bölme sayısını, periyodunu ve frekansını Tablo 2.2’ye

kaydediniz.

2. 2 VOLTS/DIV ve 0.5 ms TIME/DIV konumları için işaretin tepeden tepeye (peak to

peak) genlik bölme sayısını ve genlik değerini Tablo 2.2’ye kaydediniz. Ayrıca

sinüzoidal işaretin periyot bölme sayısını, periyodunu ve frekansını Tablo 2.2’ye

kaydediniz.

3. 1 VOLTS/DIV ve 1 ms TIME/DIV konumları için işaretin tepeden tepeye (peak to

peak) genlik bölme sayısını ve genlik değerini Tablo 2’ye kaydediniz. Ayrıca

sinüzoidal işaretin periyot bölme sayısını, periyodunu ve frekansını Tablo 2’ye

kaydediniz.

Tablo 2.2

AA genlik ve frekans ölçümleri

Ölçülen/Hesaplanan Nicelik Ölçüm/Hesaplama Sonucu ve Birimi

5 VOLTS/DIV ve 1 ms TIME/DIV konumları için

Vpp’nin bölme sayısı ve değeri

Periyot bölme sayısı ve değeri,

Hesapladığınız frekans değeri

20

2 VOLTS/DIV ve 0.5 ms TIME/DIV konumları için




1 VOLTS/DIV ve 0.2 ms TIME/DIV konumları için




Faz Farkının Ölçülmesi

Şekil 2.5’te iki farklı sinyale ait dalga şekilleri yer almaktadır. Şekil 2.5’e baktığımızda bir

periyodun 10 karede tamamlandığı görülmektedir. Bu durumda her bir kare 360/10=36º ye

tekabül etmektedir. Faz farkı yani α=1.5 kare olduğundan dolayı bu iki sinyal arasındaki

arasındaki faz farkı; ϕ = 1.5x36 = 54º olarak bulunur.

Deney Sırasında Yapılacaklar :

Faz Farkı Ölçümü

Deney sorumlusu Sinyal üretecinden aynı frekansta fakat aralarında faz farkı olan farklı

genlikte iki adet sinyal üretecektir. Bu sinyalleri osiloskobun Kanal 1 ve Kanal 2 girişlerine

uygulayınız. Tetikleme seviyesini, VOLTS/DIV ve TIME/DIV anahtarlarını ayarlayarak iki

sinyali de ekranda görüntüleyiniz. İki sinyal arasındaki faz farkını, bu sinyallerin genliklerini

ve frekansını ölçerek hesaplayarak Tablo 2.3’e kaydediniz.

2.4. Raporda İstenenler

1. Deneyden öğrendiklerinizi yazınız.

2. Deney sırasında almış olduğunuz değerleri Tablo 2.1, Tablo 2.2 ve Tablo 2.3’e girerek

istenenleri hesaplayınız. Elde ettiğiniz verileri rapor haline getiriniz ve yorumlayınız.

3. Tablo 2.2’yi elde ederken osiloskobu farklı Volts/div ve Time/div seviyelerinde

çalıştırdınız. Sizce hangi durumda (Volts/div ve time/div anahtarlarının konumları) daha

hassas sonuç elde edilir? Nedenini açıklayınız.

4. Osiloskop ile akım ölçülür mü? Ölçmek isteseniz nasıl ölçerdiniz? Gerekiyorsa devre

çizerek gösteriniz.

21

NOT : Raporun kapak sayfasına aşağıdakileri yazınız:

Deneyin adını,

Deney Sorumlusunun Adını-Soyadını

Öğrenci numaranızı,

Adınızı-Soyadınızı,

Grup numaranızı

Raporu teslim ettiğiniz tarihi

Tablo 2.3

Faz Farkı Ölçümü

Ölçülen/Hesaplanan Nicelik Ölçüm/Hesaplama Sonucu ve Birimi

CH1 ve CH2’deki sinyallerin

arasındaki faz farkı


genlikleri

CH1:

CH2:


frekansı

CH1:

CH2:

22

3. DENEY - 3: AKIM, DİRENÇ ve KAPASİTENİN ÖLÇÜLMESİ


Deneye gelmeden önce aşağıdaki konuları araştırarak kısa bir rapor yazınız.

1. Akım, kapasite ve direnç ölçüm yöntemlerini araştırınız.

2. Ölçüm hatalarının kaynaklarını araştırınız.

3. Kapasite ve endüktans değerlerinin nasıl ölçülebileceğini araştırınız.



Bu deneyde akım, direnç, kapasite gibi fiziksel büyüklüklerin ölçülmelerinin altındaki

prensipler incelenecektir. Önceki deneylerde bu büyüklüklerin ölçülmesinde kullanılan ölçü

cihazları tanıtılmıştı, bu bilgilerden de yararlanarak ölçü cihazlarının bu ölçümleri temel

olarak nasıl gerçekleştirdiği incelenecektir.

3.2.2. Ön Bilgi

Bu büyüklüklerinin bilgileri haricen ölçülerek bilinmesinin önemi yanında çalışan sistemlerin

de birçok işlevleri yerine getirebilmesi için çoğu zaman ihtiyaç duyduğu bilgilerdir. Örneğin

bir cep telefonu pilin şarj durumunu gözlemlemek için sürekli akım ve gerilim ölçümü

gerçekleştirir. Bir sistemdeki herhangi bir çevre birimin aşırı akım çekip çekmediği yine

sistemin kendi içinde yaptığı akım ölçümü ile gerçekleştirilir. Herhangi bir yükü devreye

alınmadan değerinin bilinmesi gerekiyorsa sistem kendi içinde direnç ölçümü yapması gerekir.

Bu bilgilerin ışığında bahsedilen büyüklüklerin ölçülmesi için var olan yöntemlerden bazıları

bu deneyde incelenecektir.


3.3.1. Akım Ölçüm Yöntemleri

1. Rezistif (Direk)

a. Akım Ölçüm Direnci

b. Endüktans DC Direnci (Araştırarak hazırlık raporuna yazınız)

23

2. Manyetik (Dolaylı)

a. Akım Transformatörü (Araştırarak hazırlık raporuna yazınız)

b. Rogowski Bobini (Araştırarak hazırlık raporuna yazınız)

c. Hall-Efekt (Araştırarak hazırlık raporuna yazınız)

Bu deneyde sadece yukarıdaki başlıklarda belirtilen Rezistif akım ölçümü incelenecektir.

Parantez içinde yazılı direk ve dolaylı sözcükleri ölçüm yönteminin kapalı devreye direk bir

müdahale ile mi yoksa dolaylı bir yönden mi ölçüm yaptığını belirtmektedir.

Adından da anlaşılacağı gibi direk olarak kapalı devreye seri bağlanacak bir akım ölçüm direnci

ile yapılan akım ölçümüdür. Günümüzde çok küçük değerli (~1mΩ) ve çok hassas dirençlerin

üretilebiliyor olması bu yöntemi çok ucuz bir yöntem yapmasının yanı sıra, bu yöntem sıcaklığa

olan aşırı bağlılığı ile önemli bir dezavantaj içermektedir(direnç değeri sıcaklıkla değişim

gösterir). Şekil 1’de görüldüğü gibi 10 k’lık yükten geçen akım aynı zamanda 1Ω’luk yükten

geçmekte ve bu bir voltmetre yardımı ile ölçüldüğünde 0,03 amperlik (%0,1) bir hata ile

bulunabilmektedir.

Şekil 3.1. Akım Direnci (Endüktans DC direnci) ile Akım Ölçümü

Not: Şekil 3.1.’deki akım ölçüm sisteminin denklemini çıkararak hata formülünü elde ediniz.

Rezistif Akım Ölçümü

1. Şekil 3.1. ‘deki devreyi deney sorumlunuzun size temin edeceği direnç değerleri ile

kurunuz.

2. Aşağıdaki tabloda istenen ölçülmesi gereken değerleri kaydediniz.

3. Hatayı hesaplama yolu ile bulunuz ve kaydediniz.

24

Algılama Direnci

Rsense (Ω)

Seri

Direnç R1

(Ω)

Gerilim

(V)

Hesaplanan

Akım

(A)

Ölçülen

Akım

(A)

Hata

(%)

1

2

3

3.3.2. Direnç Ölçümü

Önceki deneylerde dirençlerin üzerinde bulunan renkli şeritlerden değerlerinin nasıl

okunacağın anlatılmıştı. Bu deneyde ise ölçüm ve hesaplama yolu ile değeri bilinmeyen

dirençlerin değerleri tespit edilecektir.

Ölçüm Yolu ile bilinmeyen direnç değerinin bulunması

V1= V

Hesaplanan Sonuçlar Ölçülen Sonuçlar

AKIM GERİLİM AKIM GERİLİM

R1 = Ω

R2= Ω

R3= Ω

1. Size verilen dirençleri devreye monte ediniz.(Devre şemasını kendiniz düşünerek

oluşturmalısınız.)

2. Önce hesap yoluyla bulunması gereken kısımları tamamlayınız.

3. Deney kısmı için AVO metrelerden birisini DC mA için ayarlayınız.

4. İkinci AVO metreyi DC voltmetre olarak ayarlayınız.

5. Deney sorumlunuzun belirteceği gerilim düzeyini DC gerilim kaynağından ayarlayarak

tablodaki ölçüm sonuçlarını ve hesapladığınız direnç değerlerini kaydediniz.

6. Hesaplanan ve ölçülen sonuçlar arasındaki farkı yorumlayınız.

25

3.3.3. Kapasitenin Ölçülmesi:

Zaman Sabiti(τ) Hesaplanması

Şekil 3.2: Kapasitenin R1 direnci üzerinden dolumu (anahtar konumu:1) ve R2 direnci üzerinden

boşalması (anahtar konumu:2).

Anahtar Konum 1: Bu durumda V1 kaynağı R1 direnci ve C1 kapasitesi kapalı bir devre

oluşturdukları için üzerinden akan akımlar aynıdır. Bu durumda aşağıdaki formülleri

yazabiliriz.

𝑉1 = 𝑉𝑅1(𝑡) + 𝑉𝐶1(𝑡) 𝑉1 = 𝐼𝑅1(𝑡) × 𝑅 + 𝑉𝐶1(𝑡)

𝐼𝐶1(𝑡) = 𝐶 ×𝑑𝑉𝐶1(𝑡)

𝑑𝑡 𝑉1 = 𝑅 × 𝐶 ×

𝑑𝑉𝐶1(𝑡)

𝑑𝑡+ 𝑉𝐶1(𝑡)

Başlangıç koşulu olarak C1 kapasitesinin geriliminin “0” olduğu düşünülerek denklemler

çözülürse sonuç aşağıdaki gibidir. Burada (τ) ile ifade edilen simgeye devrenin zaman sabiti

denmektedir.

𝑉𝐶1(𝑡) = 𝑉1 × (1 − 𝑒−𝑡

𝑅𝐶) = 𝑉1 × (1 − 𝑒−𝑡𝜏)

Zaman sabitinin zamana eşit olduğunu durumu ele alırsak (τ=t) durum aşağıdaki gibi olur:

𝑉𝐶1(𝑡) = 𝑉1 × (1 − 𝑒−𝑡𝜏) = 𝑉1 × (1 − 𝑒−1) = 𝑉1 × (1 − 0,368)

= 0,632 × 𝑉1

26

Yani τ kadar süre sonunda kapasite üzerinde V1 kaynağının 0,632 katı bir gerilim oluşacaktır.

Exponansiyel fonksiyon teoride sonsuzda V1 noktasına ulaşacağı için kapasitenin tam dolduğu

noktayı genel olarak 5 τ kabul edilir.

Bu durum bize denklemde bilinmeyen verinin C değeri olması durumunda hesaplanmasına

olanak sağlamaktadır.

Anahtar Konum 2: Anahtar konumu 2 kapasiteyi yeterince küçük bir direnç üzerinden

boşaltmak için kullanılacaktır.

Ölçüm Yolu ile bilinmeyen kapasite değerinin bulunması:

1. Deney sorumlunuzun verdiği dirençler ve kapasite ile Şekil 3.2’deki devreyi kurun(İki

farklı kapasite için ölçüm yapılacaktır).

2. Kapasite üzerindeki gerilimi ölçmek için AVO metreyi DC gerilim konumuna getirerek

kapasitenin uçlarına bağlayın.

3. Zaman tutmak için bir saat veya kronometre kullanabilirsiniz.

4. Devreye V1 gerilimi uygulandığı andan itibaren her saniye veya 5 saniye için

voltmetrenin gösterdiği değeri tabloya kaydedin. (kapasite üzerindeki gerilimin besleme

geriliminin 0,632 katı olduğu an zaman bilgisini özel olarak kaydedin)

5. Elde ettiğiniz sonuçlardan bilinmeyen kapasite değerini kapasitenin dolma

denkleminden yararlanarak hesaplayın ve kaydedin.

6. Ölçümde yapılan hataların kaynaklarını araştırınız

R1 = Ω

V1= V

Ölçülen Sonuçlar

Zaman [s] Gerilim (C1) Gerilim (C2)

Hesaplanan Kapasite

Değeri

C1= F C2= F

27


Deneyde yapılanların anlatıldığı ve elde edilen sonuçların gösterildiği deney raporu bir sonraki

deneyden önce deneyi yapan görevli arkadaşa teslim edilmelidir. (e-mail yoluyla PDF

formatında bilgisayar ortamında hazırlanmalıdır.)

Raporunuzda kapasiteyi bir direnç üzerinden boşaltma yöntemi ile nasıl hesaplayabileceğinizi

anlatan araştırmayı dahil ediniz.

Ek ödev ve deney sonrası çalışmalar deneyi sürdüren görevli tarafından sözlü olarak

bildirilecektir.

28

4. DENEY-4: KIRCHHOFF YASALARI ve BİR KAYNAKTAN MAKSİMUM GÜÇ

ÇEKME


1. Ampermetre devreye nasıl bağlanmalıdır? Araştırınız.

2. Voltmetre devreye nasıl bağlanmalıdır? Araştırınız.


4.2.1. Kirchhoff’ un Gerilim Yasası

Herhangi bir kapalı yoldaki gerilimin cebirsel toplamı sıfıra eşittir.

Şekil 4.1 Herhangi bir devre

Şekil 4.1’deki devrede her iki kapalı yola da Kirchhoff’un gerilim yasası uygulanırsa aşağıdaki

sonuçlar bulunur:

-VK+VR1+VR2=0

-VR2+VR3+VR4=0

4.2.2. Kirchhoff’un Akım Yasası

Herhangi bir düğüme giren akımların toplamı, düğümden çıkan akımların toplamına eşittir.

Şekil 4.1’deki devrenin a ve b düğümlerine Kirchhoff’un akım yasası uygulanırsa aşağıdaki

sonuçlar bulunur:

IR1-IR2-IR3=0

IR3-IR4=0

29

4.2.3. Bir Kaynaktan Maksimum Güç Çekme

Şekil 4.2: Bir doğru akım kaynağının iç yapısı ve bu kaynağa bağlanmış bir direnç

Şekil 4.2’deki gibi bir devrede kaynağın uçlarına (yani A ve B uçlarına) bağlı yükün (yani RY

direncinin) maksimum güç çekebilmesi için; RY direncinin değerinin, doğru akım kaynağının

iç direncine (yani Riç’e) eşit olması gerekir. Bu durumda kaynağın iç direncinde kaybolan güç

ile yüke aktarılan güç birbirine eşit olacağından verim %50 olur.


Gerekli Malzemeler:

9. Delikli panel (bread board)

10. Multimetre

11. D.A. güç kaynağı

12. Dört adet 1kΩ’luk direnç

13. Bir adet 1kΩ’luk ayarlı direnç (potansiyometre)

4.3.1. Kirchhoff’un Gerilim Yasası Deneyi:

Şekil 4.3 Kirchhoff deneyleri için kurulacak devre

1. Şekil 4.3’teki devreyi delikli panel üzerine kurunuz.

30

2. Multimetre kullanarak, devredeki tüm dirençlerin üzerindeki gerilimi ölçüp, Tablo 4.1’e

yazınız.

Tablo 4.1:

Ölçülen Değerler

VR1=

VR2=

VR3=

VR4=

3. Tablo 4.1’deki değerleri kullanarak, Kirchhoff’un gerilim yasasını uygulayınız.

4.3.2. Kirchhoff’un Akım Yasası Deneyi:

1. Yine Şekil 4.3’teki devrede multimetre kullanarak, dirençlerden akan akımları ölçüp,

Tablo 4.2’ye yazınız.

Tablo 4.2:

Ölçülen Değerler

IR1=

IR2=

IR3=

IR4=

2. Tablo 4.2’deki değerleri kullanarak, Kirchhoff’un akım yasasını uygulayınız.

4.3.3. Bir Kaynaktan Maksimum Güç Çekme Deneyi:

Şekil 4.4: Bir kaynaktan maksimum güç çekme deneyi için kurulacak devre

31


2. Yük direnci olan ayarlı direnç, sırasıyla 900 Ohm, 500 Ohm, 250 Ohm, 100 Ohm, 50

Ohm, 25 Ohm, 10 Ohm, 5 Ohm ve 2 Ohm direnç değerlerine ayarlıyken ayarlı direnç

üzeriden akan akımı ölçüp Tablo 4.3’ e kaydediniz.

3. Tablo 4.3’ deki değerleri kullanarak, yüke aktarılan güç değerlerini hesaplayınız.

4. Elde edilen güç değerlerini yorumlayarak, güç kaynağının iç direnç değerinin

bulunduğu aralığı belirleyiniz.

Tablo 4.3:

Yük

Direnci

[Ohm]

900 500 250 100 50 25 10 5 2

Yük

Akımı

[mA]

Yüke

Aktarılan

Güç [W]


1. Kirchhoff deneylerinde istenenleri hesaplayınız ve ölçülen değerlerle karşılaştırınız.

2. Kaynaktan maksimum güç çekmek için ayarlı direncin değerinin kaç ohm olması

gerektiğini ya da hangi aralıkta olduğunu belirleyiniz.

3. Elde ettiğiniz sonuçları raporunuza işleyiniz.

32

5. DENEY-5: THEVENIN, NORTON ve SÜPER POZİSYON TEOREMLERİNİN

İNCELENMESİ


1. Bağımlı ve Bağımsız kaynak nedir? Araştırnız.

2. Thevenin ve Norton Teoremleri devrelerde ne amaçla kullanılır? Araştırınız

3. Bir devrede Norton Akımı ve Thevenin Gerilimi nasıl bulunur? Araştırınız.


5.2.1. Thevenin Teoremi

Thevenin Teoremi, herhangi bir elektrik devresinin belirli bir bölümünün, bir gerilim kaynağı

ve buna seri bağlı bir direnç şeklinde basitleştirilmiş bir eşdeğeriyle gösterilmesidir. Bu basit

olarak Şekil 5.1’deki gibidir.

Şekil 5.1: Bir devrenin Thevenin eşdeğeri

5.2.2. Norton Teoremi

Norton Teoremi, herhangi bir elektrik devresinin belirli bir bölümünün, bir akım kaynağı ve

buna paralel bağlı bir direnç şeklinde basitleştirilmiş bir eşdeğeriyle gösterilmesidir. Bu basit

olarak Şekil 5.2’deki gibidir.

Şekil 5.2: Bir devrenin Norton eşdeğeri

33

5.2.3. Süper Pozisyon (Toplamsallık) Teoremi

Birden çok bağımsız kaynağın bulunduğu elektrik devrelerinde herhangi bir yerden akan

akımın veya herhangi bir kısımdaki gerilimin değeri, bağımsız kaynakların her birinin teker

teker yapmış oldukları etkilerin toplamına eşittir. Bu kural şu şekilde uygulanır:

1. Devredeki bağımsız kaynaklardan birisi seçilip, diğer bağımsız kaynaklar susturulur.

Yani, gerilim kaynakları kısa devre, akım kaynakları açık devre yapılır.

2. Elde edilen devrede istenilen değerler (akım veya gerilim) bulunur.

3. Bu işlem sırasıyla her bağımsız kaynak için tekrarlanır.

4. Her devrede elde edilen değerler (akım veya gerilim), yönleri de dikkate alınarak

toplanır.


Gerekli Malzemeler:

1. Delikli panel (Bread Board)

2. Multimetre

3. D.a. güç kaynağı

4. Çeşitli dirençler (üç adet 1kΩ’luk ve bir adet 2,2kΩ’luk)

5.3.1. Thevenin Deneyi:

Şekil 5.3 Thevenin ve Norton deneyi için kurulacak devre


2. A-B uçlarından sola doğru görülen devrenin Thevenin eşdeğerini elde etmek amacıyla

ilk olarak R4 direnci için bir yön seçiniz.

3. R4 direncini devreden çıkarıp, A-B uçları arasına (seçtiğiniz yöne göre) multimetre

bağlayarak VTh gerilimini ölçünüz ve Tablo 5.1’e yazınız.

34

4. Gerilim kaynağını devreden çıkarıp, devrenin boşta kalan uçlarını bir atlama kablosuyla

kısa devre yapınız. Devre bu durumdayken, A-B uçlarından sola doğru görülen direnç

değerini (RTh) A-B uçlarına multimetre bağlayarak ölçünüz ve Tablo 5.1’e yazınız.

Tablo 5.1:

Ölçülen değerler 𝑉𝑡ℎ = 𝑅𝑡ℎ =

5. Ölçtüğünüz değerleri ve R4 direncini (yani yük direncini) kullanarak, devrenin A-B

uçlarından görülen Thevenin eşdeğerini çiziniz.

6. Gerilim kaynağını tekrar devreye bağlayınız. Multimetre kullanarak, VR4 ve IR4

değerlerini daha önce seçtiğiniz yöne göre ölçünüz ve Tablo 5.2’ye yazınız.

Tablo 5.2:

Ölçülen değerler 𝑉𝑅4 = 𝐼𝑅4 =

5.3.2. Norton Deneyi:

1. Yine Şekil 5.3’teki devreyi delikli panel üzerine kurunuz.

2. Thevenin direnci (RTh) ile Norton direnci (RN) aynı olduğundan daha önce ölçerek

bulduğunuz Thevenin direncinin değerini Tablo 5.3’e yazınız.

3. A-B uçlarından sola doğru görülen devrenin Norton eşdeğerini elde etmek amacıyla ilk

olarak R4 direnci için bir yön seçiniz.

4. R4 direncini devreden çıkarıp, A-B uçları arasına (seçtiğiniz yöne göre) multimetre

bağlayarak IN akımını ölçünüz ve Tablo 5.3’e yazınız.

Tablo 5.3:

Ölçülen değerler 𝐼𝑁 = 𝑅𝑁 =

5. Ölçtüğünüz değerleri ve R4 direncini (yani yük direncini) kullanarak, devrenin A-B

uçlarından görülen Norton eşdeğerini çiziniz.

6. Gerilim kaynağını tekrar devreye bağlayınız. Multimetre kullanarak, VR4 ve IR4

değerlerini daha önce seçtiğiniz yöne göre ölçünüz ve Tablo 5.4’e yazınız.

35

Tablo 5.4:


5.3.3. Süper Pozisyon Deneyi:


2. 3V’luk gerilim kaynağını devreden çıkarıp, devrenin boşta kalan uçlarını bir atlama

kablosuyla kısa devre yapınız.

3. Bu durumda R2 direncinden akan akımı ve R2 direnci üzerinde düşen gerilimi ölçüp,

Tablo 5.5’e yazınız.

Şekil 5.4 Süper pozisyon deneyi için kurulacak devre

Tablo 5.5:

Ölçülen değerler 𝑉𝑅2′ = 𝐼𝑅2′ =

4. 3V’luk gerilim kaynağını devreye bağlayınız.

5. 9V’luk gerilim kaynağını devreden çıkarıp, devrenin boşta kalan uçlarını bir atlama

kablosuyla kısa devre yapınız.


Tablo5.6’ya yazınız.

Tablo 5.6:

Ölçülen değerler 𝑉𝑅2′′ = 𝐼𝑅2′′ =

7. 9V’luk gerilim kaynağını devreye bağlayarak, devreyi ilk haline getiriniz.


Tablo5.7’ye yazınız.

36

Tablo 5.7:


9. Tablo 5.5 ve Tablo 5.6’daki değerleri yönlerini de dikkate alarak toplayıp,

Tablo5.7’deki değerlerle karşılaştırınız.


1. Thevenin ve Norton deneylerinde istenenleri hesaplayınız ve ölçülen değerlerle

karşılaştırınız.

2. Süper Pozisyon deneylerinde istenenleri hesaplayınız ve ölçülen değerlerle

karşılaştırınız.

37

6. DENEY-6: DOĞRU AKIM KÖPRÜLERİ


1. Orta değerli direnç ne demektir? Bir direncin orta değerli olması için değeri hangi

aralıkta olmalıdır?

2. Galvanometre nedir? Nerelerde kullanılmaktadır?

3. Doğru akım köprüsü pratikte neden tam olarak dengeye getirilemez? Açıklayınız.

4. Küçük değerli dirençler neden dört uçlu olarak imal edilirler? Açıklayınız.


6.2.1. Wheatstone Köprüsü

Wheatstone köprüsü ile değeri bilinmeyen orta değerli dirençler, değeri bilinen dirençlerle

karşılaştırılarak ölçülürler. Şekil 6.1’de görülen köprünün yapılışı şu şekildedir:

V

Şekil 6.1: Wheatstone köprüsü

1. Rx ölçülmek istenen dirençtir.

2. R2 ve R3 dirençleri sabit değerlidirler.

3. Köprü R4 değişken direnci ile dengeye getirilir.

4. Köprü dengeye geldiğinde C ve D düğümlerinin potansiyeli A ve B düğümüne göre

aynıdır.

5. Köprü dengede iken iç direnci Rg olan galvanometreden akım akmaz. Bu

I1

Rx

I3

R3

Rg

Ig

I2 I4

R2

38

durumda dirençlerden geçen akımlar (1, 2) numaralı eşitliklerdeki gibidir.

𝐼1 = 𝐼2 (1)

𝐼3 = 𝐼4 (2)

6. Rx direnci (3-8) numaralı eşitlikler kullanılarak hesaplanır

Ölçüm yaparken eşitlik (8) tam olarak sağlanmaz. Bunun nedenleri şunlardır:

7. Galvanometreden geçen akım galvanometrenin alt ölçme sınırlarının altına düşerse,

galvanometre bu akımı göstermez. Köprüyü dengeye getirirken galvanometrenin

sapma yapmaması, ancak içerisinden geçen akımın ölçme sınırından daha küçük

olduğunu gösterir. Her ölçü aletinin bir belirsizliği olduğundan devrenin tam denge

şartını ölçmek oldukça zordur.

8. Köprü R4 değişken direnci yardımıyla dengeye sokulmaktadır. Denge koşuluna çok

yaklaşıldığında R4 direncinin değerinin bir kademe (1 Ω veya 0,1 Ω) değiştirilmesi ile

galvanometreden geçen akım yön değiştirmektedir. Şekil 6.2’de bu durum denge

koşulu için gerekli direnç değişiminin iki kademe arasında olduğunu gösterir.

Yeterince küçük değerli dirençlerin laboratuvarda olmayışından dolayı köprü dengeye

sokulamaz. Bu durumda köprüyü dengeye getirecek direnç değeri (9) ile hesaplanır.

(9)

39

Şekil 6.2: Direnç Değişimi

6.2.2. Thomson Köprüsü

Wheatstone köprüsüyle küçük direçleri ölçerken kullanılan bağlantıların direçleri ölçü

sonucuna etki etmektedir. Bu nedenle küçük değerli direçler (1 Ω’un altında) Şekil 6.3’de

görülen Thomson Köprüsü ile ölçülürler. Bu köprü ile mikro ohm büyüklüğünde dirençler

ölçülebilmektedir. Küçük değerli dirençler bağlama noktalarındaki belirsiz geçiş dirençlerinin

etkisini ortadan kaldırmak için dört uçlu olarak imal edilirler. Denge durumunda (10-13)

numaralı eşitlikler geçerlidir.

𝐼1𝑅𝑥 + 𝐼2𝑅1 = 𝐼3𝑅3 (10)

𝐼1𝑅𝑁 + 𝐼2𝑅2 = 𝐼3𝑅4 (11)

𝐼1𝑅𝑥 = 𝐼3𝑅3 − 𝐼2𝑅1 (12)

𝐼1𝑅𝑁 = 𝐼3𝑅4 − 𝐼2𝑅2 (13)

Şekil 6.3: Thomson Köprüsü

𝑅1 = 𝑅3 ve 𝑅2 = 𝑅4 alınması koşulı ile (12) ve (13) eşitlikleri birbirlerine oranlanırsa

40

𝑹𝒙

𝑹𝑵=

𝑹𝟑

𝑹𝟒=

𝑹𝟏

𝑹𝟐

elde edilir.

6.3. Deneyin Yapılışı ve Raporda İstenenler

6.3.1. Wheatstone Köprüsü

1. R2 ve R3 dirençlerini 1000 Ω alarak köprüyü kurunuz. Galvanometreyi en duyarsız

konuma getiriniz. Değişken dirence büyük bir değer vererek (R4 = ∞)

galvanometrenin sapış yönüne dikkat ediniz. Değişken dirence küçük bir değer vererek

(R4 = 0) diğer yönde sapmayı sağlayınız. Aranan değer bu iki değer arasındadır. Aynı

şekilde değişken dirence bir büyük bir küçük değer vererek denge şartını oluşturan

değerin bulunduğu bölgeyi daraltınız. Her değer verirken direnç değerlerini ve sapma

açılarını not alınız. Denge koşuluna yaklaştıkça galvanometrenin duyarlılığını artırınız.

2. Bulduğunuz değerin hatasını hesaplayınız.

6.3.2. Thomson Köprüsü

1. Bu deneyde bir iletkenin özgül direnci ölçülecektir. İletken iki nokta arasında düzgün

olarak tutturulmuştur. Bu iki nokta dört uçlu direncin akım uçlarını oluşturur. Akım

uçları arasında ve birbirinden L uzaklıkta bulunan iki nokta gerilim uçları olarak

adlandırılmıştır. İletkenin ölçülecek direnci Rx bu iki nokta arasındaki dirençtir. İki

gerilim ucu arasındaki uzaklık L ve telin çapı d’yi doğru olarak ölçünüz.

2. Şekil 6.3’teki devreyi kurunuz ve 𝑅2 = 𝑅4 = 100 Ω olarak alınız. Başlangıç değeri

olarak 𝑅1 = 𝑅3 = 100 Ω olarak seçiniz.

3. Galvanometreyi duyarsız konuma getiriniz ve R ön direnci için büyük bir değer

seçerek devreden geçen akımı sınırlayınız. Gerilim kaynağını devreye soktuktan sonra

R direncini küçülterek devreden yaklaşık 500 mA akmasını sağlayınız. 𝑅1 ve 𝑅3

dirençlerinin değerleri aynı kalacak şekilde değiştirerek köprüyü dengeye sokunuz.

4. Telin direnci bulunduktan sonra aşağıdaki eşitlikle özgül direnci bulunuz.

𝑅𝑥 = 𝜌𝐿

𝐴

5. Bulduğunuz değerin hatasını hesaplayınız.

41

7. DENEY-7: D. A. DEVRELERİNDE GEÇİCİ DURUMLARIN İNCELENMESİ


1. Doğru akım devrelerinde geçici durum ne demek? Açıklayınız.

2. Ne tür elektrik devrelerinde geçici durumlardan söz edilebilir? Açıklayınız.

3. Yükselme zamanı ne demektir? Açıklayınız.


7.2.1 RC Devresinde Geçici Durum

Sistemlerin bir sürekli durumdan ikinci bir sürekli duruma geçerken gösterdikleri davranışlara

geçici olaylar adı verilir. Şekil 7.1’de verilen seri RC devresinde, S anahtarı açıkken C sığacı

tümüyle yüksüzdür. t=0 anında S anahtarı kapatıldığında devreden belirtilen yönde ve zamanla

değişen bir i(t) akımı akmaya başlar.

Şekil 7.1: Seri bağlı RC devresinde geçici durum

Devreye Kirchoff gerilim yasası uygulanırsa aşağıdaki eşitlik elde edilir.

𝐸 =1

𝐶∫ 𝑖(𝑡). 𝑑(𝑡) + 𝑅. 𝑖(𝑡)

Buradan akım ifadesi bulunmak istenirse;

𝑖(𝑡) = 𝐸

𝑅. 𝑒−𝑡/𝑅𝐶

elde edilir. Akım eşitliğinden yararlanılarak direnç ve kondansatör üzerindeki gerilim

bağıntıları aşağıdaki biçimde yazılabilir.

𝑉𝑅(𝑡) = 𝑅. 𝑖(𝑡) = 𝐸. 𝑒−𝑡/𝑅𝐶

𝑉𝐶(𝑡) =1

𝐶∫ 𝑖(𝑡)𝑑(𝑡) = 𝐸. (1 − 𝑒−𝑡/𝑅𝐶)

42

i(t), VR(t) ve VC(t) ‘nin zamanla değişimleri, sırasıyla Şekil 7.2 (a), Şekil 7.2 (b)’de sunulmuştur.

Şekil 7.2: i(t), VR(t) ve VC(t) ‘nin zamanla değişimleri

Bulunan eşitlikler yardımıyla direnç ve kondansatör için güç bağıntıları:

𝑃𝑅(𝑡) = 𝑉𝑅(𝑡). 𝑖(𝑡) =𝐸2

𝑅. 𝑒−

2𝑡𝑅𝐶

𝑃𝐶(𝑡) = 𝑉𝐶(𝑡). 𝑖(𝑡) =𝐸2

𝑅. (𝑒−

𝑡𝑅𝐶 − 𝑒

−2𝑡

𝑅𝐶)

Güç bağıntılarının zamana bağlı olan değişim biçimleri Şekil 7.3’te sunulmuştur.

Şekil 7.3: RC devresinde direnç ve kondansatör güçlerinin zamanla değişimi

7.2.2. RL Devresinde Geçici Durum

Eşdeğer devresi Şekil 7.4’te verilen seri bir RL devresinde S anahtarı kapatıldığı anda sabit bir

gerilim uygulanmaktadır.

43

Şekil 7.4: Seri bağlı RL devresinde geçici durum

Bu devreye Kirchoff gerilim yasası uygulanırsa aşağıdaki eşitlik elde edilir.

di E = R ∙ i(t) + L ∙

dt

Bu eşitlik çözümlendiğinde akımın zamanla değişimi;

𝑖(𝑡) =𝐸

𝑅. 𝑒−

𝑅𝐿

.𝑡

olarak bulunur. Akım bağlantısından yararlanılarak direnç ve bobin gerilimlerinin değişimleri

hesaplanabilir.

𝑉𝑅(𝑡) = 𝑅. 𝑖(𝑡) = 𝐸. (1 − 𝑒−𝑅𝐿

.𝑡)

𝑉𝐿(𝑡) = 𝐿.𝑑𝑖(𝑡)

𝐿. 𝑑𝑡= 𝐸. (𝑒−

𝑅𝐿

.𝑡)

i(t), VR(t) ve VL(t) ‘nin zamanla değişimleri, sırasıyla Şekil 7.5(a), Şekil 7.5(b)’te sunulmuştur.

Şekil 7.5: i(t), VR(t) ve VL(t) ‘nin zamanla değişimleri

Direnç ve indüktansa ilişkin güçlerin zaman ile değişimi;

𝑃𝑅(𝑡) = 𝐸2

𝑅. (1 − 2. 𝑒−

𝑅𝐿

.𝑡 + 𝑒−2𝑅𝐿

.𝑡)

44

𝑃𝐿(𝑡) = 𝐸2

𝑅. (𝑒−

𝑅𝐿

.𝑡 − 𝑒−2𝑅𝐿

.𝑡)

Bu iki güç bağıntısında toplam gücün zamanla değişimi elde edilir

𝑃𝑇(𝑡) = 𝑃𝐿(𝑡) + 𝑃𝑅(𝑡) 𝐸2

𝑅. (1 − 𝑒−

𝑅𝐿

.𝑡)

Güç bağıntılarının zamanla değişimleri Şekil 7.6’da sunulmuştur.

Şekil 7.6: RL devresinde direnç ve bobin güçlerinin zamanla değişimi

7.3. Deneyin Yapılışı ve Raporda İstenenler

7.3.1. RC Devresi

Şekil 7.7: RC Devresi

Devreye gerilim kaynağı olarak sinyal jeneratörü bağlayınız. Sinyalin biçimini kare dalga,

frekansını 1kHz, üst gerilim değerini 5V, alt gerilim değerini 0V’ a ayarlayınız.

Osiloskobun birinci kanalını A noktasına bağlayarak kaynağın ürettiği sinyali, ikinci kanalını B

noktasına bağlayarak kondansatörün gerilimini gözlemleyiniz. Ölçekli olarak çiziniz. Gerilim

değerlerini yazınız.

45

Direncin gerilimini gözlemleyiniz. Ölçekli olarak çiziniz. Gerilim değerlerini yazınız.

7.3.2. RL Devresi

Şekil 7.8: RC Devresi

Devreye gerilim kaynağı olarak sinyal jeneratörünü bağlayınız. Sinyalin biçimini kare dalga frekansını

1kHz, üst gerilim değerini 5 V alt gerilim değerini 0 V olarak ayarlayınız.

Osiloskobun birinci kanalını pozitif kutba bağlayarak kaynağın ürettiği sinyali, ikinci kanalını negatif

kutba bağlayarak bobinin gerilimini gözlemleyiniz. Ölçekli olarak Tablo 7. 3’e çiziniz. Gerilim

değerlerini yazınız. Direncin gerilimini gözlemleyiniz. Ölçekli olarak çiziniz. Gerilim değerlerini

yazınız.

46

8.DENEY-8: ELEKTROMIKNATIS VE DOĞRU AKIM MOTURU DENEYİ


1. Elektromıknatıs nedir? Araştırınız.

2. Elektromıknatıslar nerelerde kullanılır? Araştırınız.

3. Elektromanyetik kuvvet nedir? Araştırınız.

4. Faraday ve Lenz Kanunları nedir? Öğreniniz.

5. Sürekli mıknatıslı doğru akım (SMDA) motorunun içyapısı, çalışma prensibi ve hız

kontrol yöntemlerini araştırınız.



Bu deneyde, elektrik akımının manyetik etkisi, elektromıknatıs ve sürekli mıknatıslı doğru akım

motoru incelenecektir. Doğru akım motorunun temelini oluşturan elektrik akımının manyetik

etkisi ve doğru akım motorunun çalışmasına etki eden faktörlerin öğrenci tarafından

öğrenilmesi amaçlanmaktadır.

8.2.2. Gerekli Malzemeler

Elektromıknatıs deney düzeneği

Doğru Akım Güç Kaynağı ve ölçü aleti (multimetre)

Sürekli mıknatıslı doğru akım motoru deney düzeneği

Osiloskop

8.2.3. Elektrik Akımının Manyetik Etkisi ve Elektromıknatıs

İçinden akım geçen bir iletkenin etrafında manyetik alan oluşur. Bu

durum akımın manyetik etkisinin bir gereğidir. Elektromıknatıs, bir

demir nüve ve nüvenin üzerine sarılan bir bobinden oluşur. Demir,

üzerine sarılan telden geçen akımın etkisiyle mıknatıs özelliğini

kazanır ve elektromıknatıs olarak adlandırılır. Elektromıknatısın her

iki ucu da manyetik maddeleri çeker. Elektromıknatısın kutupları sağ

el kuralına göre bulunabilir. Tel bobine alttan sarılıyorsa sağ elimizi

bobini alttan kavrayarak tutarız. Sağ elimizin başparmağı elektromıknatısın 'N' (kuzey) kutbunu

gösterir. Akımın yönü değiştirilirse elektromıknatısın kutuplarının yerleri de değişir.

47

Şekil 8.1’de elektromıknatısın oluşturduğu manyetik alan ve akımın yönü görülmektedir. Akım

ters çevrilirse elektromıknatısın her iki ucu da aynı şekilde çekme özelliği gösterir ama

kutupları yer değiştirir.

Elektromıknatısın kutupları sarımdan geçen akımın yönüne bağlıdır. Sağ elimizin dört parmağı

bobin üzerinden geçen akım yönünde olacak şekilde elimizi sardığımızda başparmak kuzey

kutbunu gösterir. Diğer uç ise güney kutbu olur. Kuzey kutbu mıknatısın pozitif, güney kutbu

ise negatif kısmıdır.

Şekil 8.1: Elektromıknatısta akımın yönüne göre manyetik alan çizgileri ve yönü

Bir iletkenden akım geçirildiğinde etrafında bir manyetik alanın oluştuğunu biliyoruz. Bir

bobinden akım geçirildiğinde ise etrafında daha güçlü bir manyetik alan oluşur ve bu alan, nüve

üzerinden dolaşarak nüvenin mıknatıs özelliği göstermesini sağlar. İletken telin üst üste

sarılmasının nedeni birim alandaki manyetik alan şiddetini artırmaktır. Çünkü oluşan manyetik

alan miktarı sarım sayısı ile doğru orantılıdır. Bobin demirli olduğunda manyetik alan şiddeti

alan şiddeti: H = N I μ / L olur.

H : manyetik alan şiddeti

N : bobinin sipir sayısı

I : bobinden geçen akım şiddeti ( Amper )

L : elektromıknatıs bobinin boyu ( cm )

μ : demir çekirdeğin göreceli (manyetik) geçirgenlik katsayısı

8.2.4. Manyetik alan içinde akım taşıyan iletken üzerindeki kuvvet:

Şekil 8.2: Elektromanyetik Kuvvet Oluşumu ve Yönü

Manyetik alan, manyetik alan içeresinde olan ve akım taşıyan bir iletken üzerinde bir kuvvet

indükler. Bu kuvvete elektromanyetik kuvvet veya Lorentz kuvveti denir. Telin, L uzunluklu

doğrusal bir tel olması ve B manyetik alanının düzgün olması durumunda bu telin tamamına

etkiyen manyetik kuvvet (F) aşağıdaki gibidir. Kuvvetin yönü Şekil 8.2’de gösterildiği gibi sağ

el kuralı ile bulunur.

I : iletken içindeki akım (Amper)

l: İletkenin uzunluğudur (metre). İletkenin yönü akımın yönündedir.

B: Manyetik akı yoğunluğu vektörü (Tesla)

Şekil 8.3’te basit bir motorun yapısı verilmiştir. Motor manyetik alan içerisine yerleştirilmiş

bir çerçeveden oluşmaktadır. Bu çerçeveden bir I akımı şekilde görüldüğü yönde geçirilirse

çerçevenin N kutbuna dönük olan bölgesine düzlemden dışarı yönde ve çerçevenin S kutbuna

dönük olan bölgesine ise düzleme doğru kuvvetler etki eder. Bu kuvvetler birbirine eşit ve zıt

yöndedirler. Bu kuvvet çiftinin çerçeveye verdiği momenti M= 2.B.l.I.r olarak bulabiliriz.

Çerçeve bu momentin etkisi ile şekilde verilen yönde dönmeye başlayacaktır. Çerçevenin

dönmesi ile kuvvet yönleri sabit kaldığından momentte, bir azalma olacaktır. Çerçeveye etki

eden moment çerçeve tam dik konuma geldiği anda sıfırdır. Sistemin eylemsizliğinden dolayı

çerçeve dikey duruma geçecek olursa bu sefer çerçeveye etki eden kuvvet onu geri çevirmeye

çalışacak ve çerçeveye tam dikey durumda duracaktır. Çerçevenin durmasını önlemek için

çerçeveye dikey durumda iken geçen akımın yönünü değiştirmek gerekir. Akım yönü

değişince

48

49

çerçeve 180°’lik bir dönme yaparak yine dikey konuma gelir. Sürekli olarak çerçevenin dikey

konumunda akım yönü değiştirilecek olursa çerçeve dönmeye devam eder. Akımın yönünün

çevrilmesi motorlarda parçalı bilezikler ve fırçalar yardımıyla sağlanmaktadır.

Şekil 8.3: Basit bir elektromekanik enerji dönüştürücü sistemi

İletken manyetik alana dik iken kuvvet maksimumdur.

Meydana gelen manyetik akı iletkeni aşağı doğru iter.

İletken manyetik alana paralel iken kuvvet sıfırdır.

50

𝑑𝑡

8.2.5. Gerilimin Çerçevede İndüklenmesi

Bir çerçeve manyetik alan içerisinde döndürülecek olursa çerçevenin içerisinden geçen

manyetik akı sürekli olarak +ϕ max ile - ϕ max arasında değişir. Manyetik akının değişmesi

indüksiyon yasasına göre çerçevenin uçlarında 𝐸 = 𝑑ϕ geriliminin indüklenmesine neden

olacaktır. Çerçeve düzlemi manyetik alan şiddeti yönüne paralel olduğu zaman çerçeveden

geçen akı sıfırdır, Çerçeve sabit bir hızla döndürülecek olursa bu konumda manyetik akının

değişme hızı maksimum olacağından üretilen gerilim de en yüksek değerinde olacaktır. Çerçeve

düzlemi manyetik alan şiddeti yönüne dik duruma geldiğinde çerçeveden geçen akı maksimum

olacaktır. Fakat akının değişme hızı sıfır olduğundan üretilen gerilim de sıfır olacaktır.

Çerçevenin dönmeye devam etmesi ile çerçeveden geçen akı azalacağından ters yönde bir

gerilim çerçevenin uçlarında indüklenecektir. Görüldüğü gibi çerçevede üretilen gerilim,

değişken bir gerilimdir ve dönme hareketinin düzgün olması durumunda Şekil 8.4’te görüldüğü

gibi sinüzoidal bir gerilim olacaktır.

Şekil 8.4: Çerçevede indüklenen gerilimin değişimi

Yukarıda basit motorun yapısını incelerken çerçeve manyetik alan şiddetine dik konuma

gelince çerçeve akımının yönünün değiştirildiğini görmüştük. Çerçevenin uçlarında indüklenen

gerilim parçalı bileziklerden gözlenecek olursa Şekil 8.5’te görüldüğü gibi doğrultulmuş

olarak görülecektir.

Şekil 8.5: Bileziklerde gözlenen gerilim

51

Çerçevenin manyetik alanda dönerken ürettiği bu gerilim sistemin motor veya generatör olarak

çalışırken özelliklerine etkimektedir. İndüklenen gerilim akının değişmesi ile orantılı

olduğundan ve akı değişimi de çerçevenin dönme hızına bağlı olduğundan indüklenen bu

gerilim için 𝐸 = 𝑘. 𝑛. ϕ bağıntısını yazabiliriz. Bu bağıntıda k bir sabit, n çerçevenin devir

sayısıdır.

8.2.6. Sürekli Mıknatıslı Doğru Akım (SMDA) Motoru

Aşağıdaki şekilde sürekli mıknatıslı doğru akım motorunun içyapısı görülmektedir.

Şekil 8.6: Sürekli mıknatıslı doğru akım motorunun içyapısı

Şekil 8.7: SMDA motorunun çalışma şekli

Şekil 8.8’deki devreyi deneyde çalıştırdığımız devrenin eşdeğeri olarak düşünürsek, R1 ayarlı

direnç, R2 motorun rotorundaki sargıların direnci olmak üzere çevre denklemini yazarsak;

52

𝑈𝑘 − 𝑅1𝑖 − 𝑅2𝑖 − 𝐸 = 0

𝑈 − 𝑅2𝑖 − 𝐸 = 0

𝑖 =𝑈 − 𝐸

𝑅2

olur. Burada E, motorun rotorunda indüklenen gerilim olup 𝐸 = 𝑘. 𝑛. ϕ şeklinde yazılabilir.

Burada k bir sabit, n çerçevenin devir sayısı, ϕ rotordaki sargılara etkiyen manyetik akıdır.

Uk

R1

R2

E

i

U MotorE

Şekil 8.8


8.3.1. Elektromıknatıs Deneyi

Şekil 8.9: Elektromıknatıs deneyi blok diyagramı

53

Deney sırasında yapılacaklar:

1. Şekil 8.9’da blok diyagramı verilen devreyi kurunuz.

2. Değişken 12 V kaynağın kontrol düğmesini sola doğru sonuna kadar çevirerek en küçük

değere ayarlayın. Şimdi ana ünitenin güç kaynağı ile devreyi besleyin. Elle

elektromıknatısın armatürünü sonu pime dokunana kadar dışarı çekin.

3. Armatür kutup başı tarafından çekilmeye başlayana kadar bobini besleyen gerilimi

artırın. Armatür kutup başına dokununca çıkacak “klik” sesini duyana kadar bekleyin.

İçeri çekme geriliminin ve akımının değerlerini not alın ve bunları tablo 8.1’e yazın.

Tablo 8.1

Gerilim (V) Akım (mA)

İçeri Çekme

4. Sonra bobin gerilimini elektromıknatıstan geçen akım 3 mA azalana kadar düşürün.

Armatürü sonu kılıça dokunana kadar elinizle elektromıknatıstan ayırmaya çalışın.

Armatürü bırakın ve nasıl kutup başı tarafından tekrar içeri çekildiğini görün.

8.3.2. Sürekli Mıknatıslı Doğru Akım Motoru Deneyi

Şekil 8.10: Sürekli Mıknatıslı Doğru Akım Motoru deneyi blok diyagramı

54

Deney sırasında yapılacaklar:

1. Şekil 8.10’da blok diyagramı verilen devreyi kurunuz.

2. 4.1 ile 4.3 noktaları arasına bir atlama kablosu koyunuz.

3. 4.2 ile 4.4 noktaları arasına bir voltmetre bağlayınız.

4. Osiloskobu Hall dedektörünün çıkışına bağlayın. 1. kanalın kazancını 50 mV/böl.

olarak ve zaman çerçevesini 5 msn/böl. olarak ayarlayınız.

5. PT4.1 no.lu potansiyometrenin minimum değerinde durduğundan emin olun. Değilse

bunu yapmak için onu sonuna kadar sola doğru çevirin.

6. Şimdi ana ünitenin güç kaynağını açarak devreyi besleyin.

7. Potansiyometreyi(PT4.1) yavaşça sağa doğru çevirerek motorun hızını değiştirin.

8. D.A motorunun dış yüzünde büyük bir manyetik parça bulunmaktadır. Bu manyetik

maddenin Hall detektöründen her geçişinde dedektör çıkışı gerilimi değişir. Bunun her

oluşunda osiloskopta bir darbe görülür.

9. Osiloskopta art arda görülen iki darbe arasındaki zaman motorun bir tur dönmesi için

geçen zamana eşittir. Bu değerin tersi saniyedeki tur veya devir adedini (r.p.s)

verecektir. Dakikadaki tur sayısını (r.p.m) bulmak için bunu 60 ile çarpmalıyız.

10. Değişik gerilim değerleri ve buna karşılık gelen motor hızlarını alarak tablo 8.2’yi

doldurun.

Tablo 8.2

Gerilim(V) İki darbe

arasındaki süre (sn)

Motorun hızı

(r.p.s)

Motorun hızı

(r.p.m.)

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

55


1. Elektromıknatıs deneyinde elde ettiğiniz verileri (Tablo 8.1) rapor haline getirerek

yorumlayınız

2. Elektromıknatısa uyguladığınız gerilim sabit kalmak şartıyla elektromıknatısın gücünü

arttırmak için ne/neler yapılabilir, açıklayarak anlatınız?

3. SMDA motoru deneyinde elde ettiğiniz verileri (Tablo 8.2) rapor haline getirerek

yorumlayınız, Tablo 8.2’deki verileri kullanarak motorun hız (r.p.m) - gerilim (V)

eğrisini çiziniz?

4. Şekil 8.8’deki devreyi motorun devresi olarak düşünerek, devreden geçen akımın

motorun hızına göre nasıl değişeceğini anlatınız (Devreye gerilim uygulanıp motor

sürekli halde çalışmaya başlayana kadar)

GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ...

Documents

Transcript of GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ...