Bölüm 3: Zaman geciktirme devreleri

Bölüm 3: Zaman geciktirme devreleri
A. Transistörler
Üç yarı iletkenin birleşiminden oluşmuş devre elemanına transistör denir. Bu elemanın, Beyz
(B), emiter (E) ve kolektör (C) olmak üzere üç ayağı vardır. NPN ve PNP olmak üzere iki tipte
yapılan transistörler, küçük değerli beyz akımına bağlı olarak C-E arasından büyük akım geçişine
izin verirler.
Transistör kelimesi, transfer (aktarma) ve resistor (direnç) sözcüklerinin kısaltılmasıyla ortaya
çıkmıştır. Transistörlerin ayak adlarının anlamları: Emiter (emitter): Yayıcı, Kolektör (collector): Toplayıcı, Beyz (base): Taban, giriş, kontroldür.
B C E
NPN
Şekil 3.1: Yüzey temaslı
transistörlerin yap ısının basit
olarak gösterilmesi
PNP
Şekil 3.3: Çeşitli
transistörler
Şekil 3.2: NPN ve
PNP transistör
sembolleri
P
beyz (B)
PNP tipi transistörlerin yapısı
Şekil 3.5'te görüldüğü gibi PNP
transistör yapılırken iki adet P tipi özelliğe
sahip yarı iletken malzemenin arasına ince
bir katman hâlinde N tipi malzemeden
beyz tabakası yerleştirilmiştir. Araya
yerleştirilen beyz tabakası iki büyük
tabaka arasındaki elektron-oyuk geçişini
kontrol etme bakımından görev
yapmaktadır.
beyz (B)
NPN tipi transistörlerin yapısı
Şekil 3.4'te görüldüğü gibi NPN transistör yapılırken iki adet N tipi özelliğe sahip yarı iletken
malzemenin arasına ince bir katman hâlinde P tipi malzemeden beyz tabakası yerleştirilmiştir.
Araya yerleştirilen beyz tabakası iki büyük tabaka arasındaki elektron-oyuk geçişini kontrol
etme bakımından görev yapmaktadır.
Transistörleri musluğa (vana) benzetmek mümkündür. Musluk, akan sıvıyı denetler (ayarlar).
Transistör ise geçen akımı denetler. Bu
kolektör (C)
kolektör (C)
özelliği sayesinde küçük akımlar aynı
biçimde olmak kaydıyla büyütülebileceği
gibi, küçük bir akım ile büyük bir alıcının
N
çalışması da sağlanabilir.
N
N
emiter (E)
Şekil 3.4: NPN
transistörün yarı
iletken yapısı
P
P
emiter (E)
Şekil 3.5: PNP
transistörün yarı
iletken yapısı
33
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
Transistörlerin anahtarlama (on-off) elemanı olarak kullanılması
Transistörün kesim (yalıtım) ve doyum (tam iletim) durumunda olması, elemanın anahtarlama
yapıcı olarak çalıştırılmasıdır. Aktif bölgede çalışma ise yükselteç devrelerinde geçerlidir.
Anahtarlama elemanı olarak kullanılacak transistörün açma
+
kapama (on-off) zamanlarının çok kısa olması gerekir. Özellikle
9-12 V
S
yüksek frekanslı devrelerde, zaman rölelerinde, periyodik çalışan
330 W
sistemlerde, dijital düzeneklerde açma-kapama sürelerinin kısa
10
olması çok önemlidir.
kW
L
Alıcıları mekanik anahtarlarla ve şalterlerle çalıştırıp
durdururuz. Yük (Ry) büyüdükçe yüksek akımlı anahtar (şalter)
NPN
BC547
kullanmak gerekir. Bu ise devrede hem çok yer kaplar hem de
10
maliyeti arttırır. İşte bu nedenle uygulamada, transistör, tristör,
kW
triyak vb. gibi elemanlar kullanılarak küçük bir anahtarla büyük
alıcılara kumanda edilebilmektedir.
Şekil 3.6: Transistörün
anahtar olarak çalıştırılması
Büyük akımın geçtiği şalterlerin olumsuz yönleri:
I. Şalter açılıp kapatılırken büyük fiziksel kuvvet gerekir.
II. Açılıp kapanma esnasında gürültü, kıvılcım, ark olur.
III. Kontaklar ark nedeniyle belli bir süre sonra geçirgenliğini kaybeder (bozulur).
Şekil 3.6'da verilen devrede S mini anahtar ıyla L alıcısı (led, lâmba, ısıtıcı, motor vb.)
çalıştırılabilir. Şöyle ki; S kapatılınca transistörün beyzine küçük bir akım gider. Bu akım
transistörün C-E uçları arasından yüksek değerli bir akım geçmesine neden olur. Bu sayede L
alıcısı çalışmaya başlar.
Aslında anahtarlama işlemi sadece alıcı çalıştırmayla sınırlı değildir.
Şöyle ki; bazı devrelerde osilasyonlu (salınımlı) sinyaller elde edebilmek için transistörlü açkapa (on-off) yapıcı devreler kullanılır. Yani transistör, C-E arasından geçen akımı sürekli verirkeser. Bu işleme de anahtarlama denir.
Transistörlerin yükselteç olarak kullanılması
Transistörler kullanılarak teyplerin okuyucu kafası,
mikrofon vb. gibi düzeneklerin ürettiği zayıf elektrik
10
kW
9-12 V
röle
+
-
NPN
BC547
Şekil 3.7: Transistörle
rölenin çalıştırılması
L
R1
3.3 kW
+
-
9-12 V
9-12 V
Transistörlerin ayarlı direnç (reosta) olarak
kullanılması
Büyük güçlü alıcıların akım ayarı, yüksek akımlı ve
büyük gövdeli reostalarla yapılabilir. Fakat reostalar hem
çok yer kaplar, hem de ek bir enerji tüketirler. Ancak, pot
ve transistör temeli üzerine kurulu devrelerle daha iyi akım
kontrolü yapılabilir.
Şekil 3.8'de verilen devrede P’nin değeri değiştirildikçe
beyze giden tetikleme akımı değişir ve buna bağlı olarak
C’den E’ye geçen akım ayarlanarak L’nin gücü kontrol
edilmiş olur.
S
9-12 V
Transistörlerle röle ve kontaktörlerin kumandası
Transistörlerle yalnızca DC ile çalışan alıcıları
besleyebiliriz. Yani, AC ile çalışan bir motoru transistöre
bağlamak mümkün değildir. Ancak, araya şekil 3.7'de
görüldüğü gibi bir röle bağlanırsa, transistör ile her türlü
alıcıya kumanda edilebilir.
P 10-50
kW
T
BC547
R2 1 kW
Şekil 3.8: Transistörün ayarlı
direnç olarak kullanılması
34
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
B. Transistörlü
zamanlayıcı devresi
çeşitleri
Endüstriyel sistemlerde
bazı işlemlerin belli bir
zaman gecikmesiyle
yapılması istenir. İşte bu
durumlarda zaman rölesi
devreleri kullanılır.
Cgiriş
RB
DC
polarma
direnci
T
NPN
TR
Yükseltilecek
sinyal buradan
uygulanır.
Cçıkış
yük direnci
sinyalleri
güçlendirilebilir.
Örneğin mikrofon, ses
dalgalarını, içindeki mini
bobin sayesinde elektrik
sinyallerine çeviririr. Bu
sinyaller çok küçük
değerli olduğundan
hoparlörü besleyemez
(süremez). İşte bu nedenle
araya transistörlü (ya da
entegreli) yükselteç
devresi konulur.
Vçıkış
VCC
Yükseltilmiş
sinyal buradan
alınır.
Vgiriş
Şekil 3.9: Transistörün yükselteç olarak
kullanılışının basitçe gösterilmesi
Şekil 3.10: Uygulamada kullanılan çeşitli zamanlayıcılar
Uygulamada
kullanılan zamanlayıcı çeşitleri
a. Belli bir süre çalışıp duran zaman rölesi devreleri (turn-off zamanlayıcılar),
b. Belli bir süre sonra çalışmaya başlayan zaman rölesi devreleri (turn-on tipi zamanlayıcılar),
c. Periyodik (aralıklı) olarak çalışan zaman rölesi devreleri
En basit zaman gecikmesi, bir kondansatörün direnç üzerinden şarj olması ilkesine
dayanmaktadır. Ayrıca, bir bobinin üzerinden geçen akımın yükseliş ve düşüş anında yaratmış
olduğu geçici rejim de (durum) bir zaman gecikmesi olayıdır.
Zaman rölelerinin devre yapısı bakımından sınıflandırılması
Gelişmiş ve uzun süre geciktirmeli devreler üç kısımda incelenmektedir.
a. Analog esaslı (transistör, tristör, triyaklı
vb.) zamanlayıcılar,
5,6-47 kW
b. Entegreli (555, 741 vb.) zamanlayıcılar,
c. Dijital esaslı (lojik kapı entegreli)
zamanlayıcılar
50-500 kW
Zamanlayıcı devrelerine ilişkin örnekler
a. Tek transistörlü, alıcıyı gecikmeli
olarak çalıştıran (turn-on tipi) zamanlayıcı
devresi
Şekil 3.11’de verilen şemada besleme
gerilimi devreye uygulandığında R ve P
üzerinden geçen akım C'yi doldurmaya başlar.
C'nin gerilimi belli bir seviyeye (0,6-0,7 V)
geldiğinde transistör iletime geçerek, rölenin
L
AC ya da DC
BC547
10-1000 mF/16 V
-
Şekil 3.11: Tek transistörlü
turn-on tipi zaman rölesi
35
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
bobinin mıknatıslanmasına yol açar. Röle bobinin mıknatıslanmasıyla palet çekilir ve kontaklar
konum değiştirerek lâmbayı çalıştırır. B'ye basıldığında C boşalacağından lâmba söner. Devrenin
besleme gerilimi devam edecek olursa B'den elimizi çektikten bir süre sonra lâmba tekrar yanar.
Şekil 3.11’deki devredeki elemanların görevleri
R direnci: Potun değeri sıfır yapıldığında transistörün beyzini aşırı akıma karşı korur.
Pot (P): Devrede kondansatörün dolma zamanını ayarlar. Yani gecikme süresini belirlememizi
sağlar.
Kondansatör (C): Devrenin gecikmeli olarak çalışmaya başlamasını sağlar.
Transistör: Beyz ucuna gelen küçük değerli akımı ile kolektör-emiter uçları arasından daha
yüksek bir akım geçirerek röleyi çalıştırır.
Röle: Bobini enerjilendiğinde kontakları konum değiştirir ve yüksek akımlı bir alıcının kumanda
edilmesini sağlar.
Diyot: Rölenin bobinin oluşturduğu yüksek değerli indüksiyon gerilimlerinin transistörü
bozmasını engeller. Yani, yüksek değerli gerilimlerin rölenin kendi bobini üzerinden dolaşmasını
sağlar.
Not: Şekil 3.11'de görülen devrede röle yerine led ya da 12 voltluk flâmanlı lâmba da
bağlanabilir. Şayet alıcı olarak led kullanılacaksa, lede seri olarak 470 W-1 kW‘luk seri direnç
bağlanmalıdır.
1N4001
+12 V
B
L
5,6-47kW
50-500 kW
AC ya da DC
R
BC547
10-1000 mF/16 V
-
50-500 kW
10 kW
+12 V
R2
1 kW
B
R4
BC237
T1
T2
R1
10-22 kW
Devredeki elemanların görevleri:
R direnci: Butona basıldığı anda
transistörün beyzine yüksek akım gitmesini
engeller. Yani, beyz ucunu yüksek akıma
karşı korur.
Pot (P): Kondansatörün boşalma
zamanını ayarlar. Yani alıcının çalışma
süresini belirlememizi sağlar.
Kondansatör (C): Devrenin bir süre
çalışmasını sağlar.
10-22 kW
Şekil 3.12: Tek transistörlü
turn-off tipi zaman rölesi
10-1000 mF/16 V
b. Tek transistörlü, alıcıyı bir süre
çalıştırıp durduran (turn-off tipi)
zamanlayıcı devresi
Şekil 3.12'de verilen devrede B'ye
basılınca C dolar. Butondan elimizi
çektiğimizde C'nin üzerinde biriken elektrik
yükünün akımı R direncinden geçerek
transistörü tetikler. İletime geçen transistör
röleyi çalıştırır.
Bir süre sonra kondansatör
plakalarındaki elektrik yükü biteceğinden
transistör kesime gider, röle ilk konumuna
döner ve lâmba söner.
BC237
R3
-
Şekil 3.13: İki transistörlü kaskad
bağlantılı turn-off tipi zaman rölesi
c. İki transistörlü kaskad bağlantılı
turn-off tipi zaman rölesi
Şekil 3.13'te verilen devrede B'ye basılınca C dolar ve T1'i tetikler. T1'in iletime geçmesiyle R3
direnci üzerinde bir gerilim oluşur. R3'te oluşan gerilim T2 transistörünü sürerek ledi çalıştırır. C
boşalınca T1 ve T2 kesime gider, led söner.
36
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
100k-500 k
1 k-10 k
L
T1
47 k-500 k
BC547
T2
BC547
10-1000 mF
Şekil 3.14: Transistörlerin
darlington bağlanması
Şekil 3.15: Darlington bağlantılı uzun zaman
gecikmeli turn-on tipi zaman rölesi devresi
1N4001
50-500 kW
10-1000 mF/16 V
ç. Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli turn-on tipi zaman rölesi devresi
Şekil 3.14'te görüldüğü gibi transistörlerin ard arda bağlanmasıyla daha güçlü, hassas ve yüksek
kazançlı transistörler yapılabilir.
Şekil 3.15'te verilen turn-on tipi
zaman rölesi devresinde S anahtarı
kapatıldığında R 1 ve P üzerinden
+12 V
geçen akım C'yi doldurmaya başlar.
C'nin gerilimi belli bir seviyeye
B
geldiğinde T 1 transistörü iletime
L
geçer. T 1 iletime geçince T 2 de
T1
iletime geçer ve röle çalışır.
P
B'ye basılırsa C boşalacağından
R2
1 MW
devre başa döner. (Yani alıcı bir süre
BC237
çalışmaz. Belli bir zaman geçtikten
T2
BC237
sonra tekrar çalışmaya başlar.)
R1
d. Darlington bağlantılı uzun
zaman gecikmeli turn-off tipi
zaman rölesi devresi-I
Şekil 3.16'da verilen devrede B'ye
basıldığında kondansatör (C) boşalır
ve yeniden dolmaya başlar. Bu sırada
P ve R 1 üzerinde oluşan polarma
gerilimi T1 transistörünü sürer. İletime
geçen T1 ise T2'yi sürer ve röle çalışır.
Kondansatör tam olarak dolunca akım
çekmez. Kondansatörün akım
çekmemesi nedeniyle P ve R 1
üzerinde gerilim düşümü olmaz ve
transistörler kesime gider.
e. Darlington bğlantılı uzun
zaman gecikmeli turn-off tipi
zaman rölesi devresi-II
Şekil 3.17'de verilen devrede B'ye
basıldığında kondansatör (C) dolar.
Şekil 3.16: Darlington bağlantılı uzun zaman
gecikmeli turn-off tipi zaman rölesi devresi
L
T1
BC547
BC547
T2
Şekil 3.17: Darlington bağlantılı uzun zaman
gecikmeli turn-off tipi zaman rölesi devresi
37
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
Butondan elimizi çektiğimizde C'nin üzerinde biriken elektrik yükünün akımı R direncinden
geçerek T1 ve T2 transistörünü tetikler. İletime geçen T2 transistörü röleyi çalıştırır. Bir süre
sonra kondansatör plâkalarındaki elektrik yükü biteceğinden transistörler kesime gider, röle ilk
konumuna döner ve lâmba söner.
Devrede T1 transistörünün beyzine bağlanan direncin değeri çok büyük olduğundan beyz ucu
çok küçük bir akım çeker. Bu sayede kondansatör çok uzun sürede boşalır.
f. Schmitt trigger (tetiklemeli) bağlantılı zamanlayıcılar
Ön bilgi: Transistörlerin schmitt tetiklemeli bağlanması
Rölelere uygulanan gerilim hemen sıfır ya da maksimum değere ulaşmazsa, rölenin bobininin
oluşturduğu mıknatısiyet yetersiz olacağından, kontaklar titreşir. İşte bu durum röleli devrelerde
hiç istenmez. Çünkü titreşim şerareye (kıvılcım) sebep olarak rölenin kontaklarının çabuk
bozulmasına neden olur. Röle kontaklarındaki titreşimi en az değere indirmek için transistörler
schmitt (şimit) tetiklemeli olarak bağlanır.
1,8 kW
390 W
1N4001
33-47 W
33 W
10-1000 mF
270 W
10-33kW
Schmitt tetiklemeli turn-off tipi zaman rölesi devresi
Şekil 3.18'de verilen devreye enerji uygulandığında C henüz boş olduğundan T1 kesimdedir.
Dolayısıyla T1'in kolektör ucundaki (A noktası) gerilimin değeri şaseye göre maksimum seviyededir.
Bundan dolayı T2 hemen iletime geçerek röleyi sürer ve alıcı çalışır. R1 ve pot üzerinden şarj olmaya
başlayan C, bir süre sonra dolarak T1’i iletime sokar. İletime giren T1’in kolektöründeki (A noktası)
gerilim azalırken emiterine bağlı olan R3 direncinde (B noktası) düşen gerilim yükselir. Bu da T2
transistörünün (iki elektriksel etki
nedeniyle) hızlıca kesime
gitmesine sebep olur. Şöyle ki;
+12 V
R1
I. T1'in kolektöründeki gerilim
R2
düşerek T2'yi kesime götürür.
A
II. T1 ve T2’nin emiterlerinin
R4
bağlı olduğu R5 direncinde oluşan
R3
P
gerilim, T 2 'nin beyz akımını
L
azaltıcı etki yapar. (Negatif geri
BC547
BC547
T1
besleme)
T
2
Devrede bulunan B butonuna
B
C
basılacak olursa C
B
boşalacağından, T1 hemen
R5
R6
kesime gider. Bu da T1'in
kolektör (A noktası) geriliminin
Şekil 3.18: Schmitt tetiklemeli turn-off tipi zaman rölesi devresi
yükselmesine neden olarak T2'yi
iletime sokar. Sonuç olarak schmitt tetikleme yöntemi rölenin çok hızlı olarak iletim ya da kesime
gitmesini sağlar.
Arka arkaya (periyodik) çalışan zaman gecikmeli devreler
Endüstriyel üretim süreçlerinde bazı makinelerin periyodik olarak çalışması istenir. İşte bu
gibi durumlar için mekanik ya da elektronik yapılı sistemler geliştirilmiştir. Bu bölümde
transistörlerle yapılabilen basit yapılı periyodik çalışan devreler açıklanacaktır.
38
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
10-33kW
10-33kW
1-10 kW
Periyodik olarak
+12 V
çalışan devre
örnekleri
a. Alıcıyı aralıklı
L
R2
R1
(periyodik) olarak
R3
çalıştıran devre
Şekil 3.19'da
+
+
verilen devre astable
C
multivibratör (flip
C1
2
10-1000 mF
10-1000 mF
flop) temellidir.
Devrenin
T2
T1
çalışmasını basit
olarak açıklayacak
olursak: İlk anda
BC547
BC547
T1'in iletimde
olduğunu varsalım.
Şekil 3.19: Alıcıyı aralıklı olarak çalıştıran devre
Bu durumda C1 şarj
olmaya başlar. C1
dolunca T2'yi sürer. T2 iletimdeyken bu kez de C2 dolmaya başlar. C2 dolduğunda T1 iletime
geçer.
Görüldüğü gibi devre sürekli olarak konum değiştirmektedir. Örnek olarak verilen devrede T2
transistörünün kolektörüne röle bağlı olduğuna göre alıcı aralıklı olarak çalışıp durmaktadır.
Alıcının çalışma zamanını değiştirmek istersek C1, C2, R2, R3'ten herhangi birisinin değerini
değiştirmemiz gerekir.
b. PNP ve NPN transistörlü flaşör
Şekil 3.20'de verilen devre DC 12 volt uygulanınca
kondansatör L, P1, R1, P2 yolu üzerinden dolmaya
başlar. C dolunca PNP tipi T1 transistörünü sürer.
PNP iletime geçince NPN tetiklenir ve lâmba yanar.
T2 iletime geçtiği anda devredeki kondansatörün (+)
yük ile dolu sağ plâkası eksiye (şaseye) bağlanmış
olacağından, bu eleman boşalmaya başlar. Kısa bir
süre içinde boşalan C, T 1 transistörünün kesime
gitmesine neden olur. T1 kesime girince T2'de kesime
girer. T2'nin kesime girmesiyle kondansatör yeniden
şarj olmaya başlar.
T1
+12 V
BC308
C
R1
50-500 kW
1-100 mF
P2
P1
L
T2
BC547
50-500 kW
-
Şekil 3.20: PNP ve NPN
transistörlü flaşör devresi
C. Merdiven ışık otomatiği devreleri
Çok katlı yapılarda merdiven boşluklarını istenilen süre kadar aydınlatmak için geliştirilmiş
düzeneklere merdiven ışık otomatiği denilmektedir.
Merdiven otomatiklerinin yapı bakımından sınıflandırılması:
a. Mekanik yapılı: Bunların içinde motor ve yay düzeneği vardır. Butona basılınca kontak
kapanır, lâmbalar yanar. Ayarlanan süre sonunda ise söner. Mekanik yapılı otomatikler piyasadan
kalkmıştır.
b. Elektronik yapılı: Bu tip otomatiklerin içinde çeşitli biçimlerde dizayn edilmiş elektronik
devreler mevcuttur.
39
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
Elektronik yapılı merdiven ışık otomatiği devrelerine ilişkin uygulanmış devre örnekleri
a. PNP transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi
Şekil 3.21'de verilen devre
tesisata bağlandıktan sonra
butona basılırsa C2 dolar.
C2'nin gerilimi PNP
transistörü sürer, röle çeker
ve lâmbalar yanar. C2
boşalınca lâmbalar söner. 100
kW‘luk pot ile lâmbaların
yanma zamanı ayarlanabilir.
Elektroni k merdiven
ışık otomatiği
Şekil 3.21: PNP transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi
1,5 k
R4
T1
100 k
C2
2,7 k
R1
T2
BC308
R2 27 k-270 k BC547
470 mF
b. NPN ve PNP
transistörlü merdiven ışık
otomatiği devresi
Şekil 3.22'de verilen
devrede butona basıldığında
A noktasındaki doğru akım
C2'yi şarj eder. Dolan C2,
T1'i sürer. T1'in iletime
geçmesi PNP tipi T2
transistörünün beyz ucunun
eksi alarak iletime geçmesine
neden olur. T2 iletime
geçtiğinde ise röle lâmbayı/
lâmbaları çalıştırır. C2
boşaldığında lâmbalar söner.
R3
2,7 k
A
1000 mF16 V
C1
klemensler
buton
lâmba
Transformatörsüz
merdiven ışık otomatiği
220 V
devreleri
Şekil 3.22: NPN ve PNP transistörlü
Trafolar devrede çok yer
merdiven ışık otomatiği devresi
kapladığından ve maliyeti
arttırdığından trafosuz tip
merdiven ışık otomatikleri geliştirilmiştir.
Trafosuz tip otomatiklerde gerilimin düşürülmesi için AC 220 voltluk girişe 220-470 nF/350
voltluk kondansatörler seri olarak bağlanmaktadır. Bu sayede gerilimin büyük bir bölümü kapasitif
reaktansı (XC) yüksek olan kondansatör üzerinde düşmekte, 12-48 voltluk kısmı ise zaman rölesi
devresine gitmektedir.
a. Transistör ve triyaklı merdiven ışık otomatiği
Şekil 3.23'te verilen devrede B'ye basıldığında C1 kondansatörünün iki ucuna da eksi (-)
gideceğinden bu eleman deşarj olur ve P ile R1 üzerinden tekrar dolmaya başlar. C dolana kadar
T1 kesimdedir. T1'in kesimde olması nedeniyle T2 ve T3 de kesimde kalır. T3'ün kesimde olması
T4'ün iletim olmasını sağlar. T4 iletken olduğu anda triyakın G ucuna eksi (-) gider ve bu elemanın
A1-A2 uçları arasından geçen akım lâmbaları çalıştırır. C dolduğu anda T1, T2, T3 iletime geçer.
T3 iletken olduğunda T4 kesime gider ve lâmbalar söner.
40
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
R1
100 k
1M
100 k 10 k
1k
BT136
10 k
2,2-10 k
BC308
BD135
BC547
6,8 k/1 W
BC547
C1
1000 mF
16 V
10 k
1k
10 k
1N4007
12 V
47 mF/16 V
470 nF
sigorta
lâmba
R
B
buton
Mp
Şekil 3.23: Transistör ve triyaklı merdiven ışık otomatiği devresi
b. Transistörlü (trafosuz) merdiven ışık otomatiği devresi
Şekil 3.24'te verilen devrede 1,33 mF’lık kondansatör direnç görevi yaparak gerilimi düşürür.
Butona basıldığında devre nötr alarak çalışmaya başlar. C2 dolunca T1 iletime, T2 kesime gider
ve lâmba söner.
lâmba
1N4007
faz
buton
1N4007
nötr
BC308
BC308
12 V
röle
1N4001
Şekil 3.24: transistörlü (trafosuz) merdiven ışık otomatiği devresi
Ç. Entegreli zamanlayıcılar
a. 555 entegreli turn-off tipi zaman rölesi devresi
Şekil 3.25'te verilen devre alıcının 1 s-15 dakika arası zaman ayarlı olarak çalışmasını sağlar.
Butona basıldığında röle çalışır. Bir süre sonra C kondansatörü deşarj olduğundan röle eski
konumuna döner. Devrenin çalışma zamanı,
T = 1,1.R.C [s] denklemiyle bulunur.
Denklemde R: Direnç (ohm), C: Kondansatör (farad) cinsindendir.
b. 555 entegreli periyodik olarak çalışan röle devresi
Şekil 3.26'da verilen devrede kullanılan kondansatör ve dirençlerin değerine göre entegrenin
çıkışının konum değiştirme zamanı ayarlanabilir.
41
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
Şekil 3.26: 555 entegreli periyodik
olarak çalışan röle devresi
Şekil 3.25: 555 entegreli turnoff tipi zaman rölesi devresi
c. Op-amp ile yapılan zamanlayıcılar
Op-amplarda 2 giriş ucu bulunmaktadır. (+) giriş ile (-) giriş, uygulanan sinyalleri kıyaslar ve
buna göre çıkış verir. Eğer, (+) girişin gerilimi (-) girişin geriliminden biraz büyük olursa opamp çıkış vererek röleyi sürer. (Konuyla ilgili geniş bilgi için op-amplar bölümüne bakınız.)
100 mF
I. 741 Op-ampıyla yapılan turn-off tipi zaman rölesi devresi
Şekil 3.27'de verilen devrede butona basıldığı anda kondansatör besleme gerilimi kadar bir
değere şarj olur. Bunun sonucunda 3 numaralı (+) girişin gerilimi 2 numaralı (-) girişin geriliminden
yüksek olacağından
+
+12 V
op-amp çıkış verir ve
röle çeker.
1N4001
C'nin üzerindeki
100 k
gerilim pot
BC547
üzerinden yavaş
10-500
k k
100-500
yavaş boşalmaya
+3
başlar. Bu değer 2
-2
10 k
numaralı girişin
100C
mF
geriliminden aşağı
1,5 k
100 k
değere düştüğü anda
-op-amp kesime
gider.
Şekil 3.27: Op-amplı turn-off tipi zaman rölesi devresi
Not: Op-ampın 2
numaralı eksi (-)
girişinin gerilimi iki adet gerilim bölücü direnç ile besleme geriliminin yarısına
düşürülmüştür).
D. Lojik kapı entegreli zamanlayıcı devreleri
Lojik (mantık) kapı entegreleri kullanılarak da çeşitli zamanlayıcılar yapılabilmektedir. Bu
devrelerin tam olarak anlaşılabilmesi için dijital elektronik konularını bilmek gerekir.
a. NAND (VEDEĞİL) kapılarıyla yapılan flip flop devresi
Ön bilgi: NAND kapısının iki girişine de lojik 1 yani 5 V geldiğinde çıkış uçlarının gerilimi
0 V olur. İki girişe de lojik 0 uygulandığında ise çıkış 5 V olur.
NAND (VEDEĞİL) kapılarıyla yapılan flip flop devrenin çalışma ilkesi: N1 kapısının
çıkışının 0 V olduğunu kabul edelim. Bu durumda led1 yanar. N1 kapısının çıkışının 0 V
42
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
olabilmesi için R 2 direnci
üzerinde lojik 1 sinyalinin
R1 270 W
C1
led1
bulunması gerekir. Bu da ancak
led1
C1 kondansatörü şarj olurken
100 mF
mümkün olur.
100 mF
C1 kondansatörü tam olarak
5V
dolduğu anda R 2 üzerinden
N2
C2
N1
akım geçmeyeceğinden, bu
elemanda 0 V görülür. R 2'nin
R3
R2
geriliminin 0 V olması N 1
3,3 k
Devrede 74LS00 lojik kapı
3,3 k
entegresi kullanılmıştır.
kapısının çıkışını lojik 1 V yapar
ve led1 söner.
Şekil 3.28: NAND kapılı flip flop devresi
N1'in çıkışının 1 olması C2
kondansatörünün şarj olmaya başlamasına yol açar. Bu ise R3 üzerinde bir gerilim oluşturur. R3
üzerinde oluşan gerilim ise N2'nin çıkışını lojik 0 volt yapar. N2'nin çıkışının 0 V olmasıyla led2
çalışır. Devre bu şekilde çalışmasını sürdürür.
Devrede led yerine düşük akımlı 5 voltluk mini röleler kullanılırsa periyodik çalışan bir sistem
oluşturulabilir. (Bu durumda ledlere seri bağlı 270 W‘luk direnç iptal edilmelidir.)
kondansatör
(meksefe)
E. Transistörlü
elektronik
ateşleme
devreleri
+
12 V 60 Ah
kam
Şekil 3.29: Akümülâtör
kam
kontaklar
Şekil 3.30: Platin
sekonder devre
(ince sargılar)
primer devre kablosu
primer devre
(kalın sargılar)
yüksek
gerilim
kablosu
kontak anahtarı
indüksiyon bobini
distribütör
(dağıtıcı)
kam
plâtin takımı
buji kabloları
akü
kondansatör
a. Benzinli
motorlarda
yakıt ateşleme
sistemleri
Motorun
silindirleri
içindeki yakıt
sıkıştırıldıktan
sonra bujiler
kıvılcım
oluşturarak
benzini yakar.
Yanan benzinin
oluşturduğu ısı
ile ortaya çıkan
basınç pistonu
iter. Böylece
mekanik enerji
elde edilir.
Benzinin
yanmasıyla
ortaya çıkan
basınçtan elde
edilen doğrusal
hareket dişli
-
bujiler
şase
kıvılcım
Şekil 3.31: Benzinli motorlarda kullanılan klâsik ateşleme sisteminin yapısı
43
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
sekonder
primer
sistemleriyle dairesel harekete dönüştürülür.
Ateşleme işlemini yapan bujilerdeki kıvılcım yüksek voltajlı
elektrik akımıyla oluşturulur. Motorlu taşıtlarda bulunan 6 ilâ 48
volt arası DC gerilim üreten akümülâtörlerden alınan doğru akım,
sürekli açılıp kapanan bir anahtar olan plâtin aracılığıyla indüksiyon
bobinine uygulanır. İndüksiyon bobini tıpkı gerilimi yükselten bir
transformatör gibi olduğundan, primerine gelen akımı sekonderden
Şekil 3.32: Aküden gelen
5000 - 20.000 V olarak verir.
Benzinli motorlu taşıtların ateşleme sisteminde bulunan plâtin düşük değerli gerilim
adlı anahtarlama düzeneği ilk ayarlandığında çok düzgün çalışır. yükselten indüksiyon
bobini
Ancak zamanla plâtinin birbirine değen kontakları oksitlenerek
geçen akımın azalmasına neden olur. Plâtinin bozulması indüksiyon
bobininin primerine giden akımı azalttığından, sekonderdeki gerilimde de düşme olur. Sekonderin
geriliminin düşmesi ise bujilerde oluşan kıvılcımın azalmasına yol açarak, silindirlere giren yakıtın
tam olarak yanmamasına neden olur. Tam yanmayan yakıt ise motorun çekme gücünü azaltır ve
eksozdan yanmamış karbonmonoksit ve kurşun çıkışını arttırır. Yani ateşleme sisteminin verimi
düşünce motorun gücü azalır. Yakıt tüketimi artar.
İşte plâtin eskimesi nedeniyle ortaya çıkan sorunları gidermek için elektronik ateşleme devreleri
geliştirilmiştir.
b. İndüksiyon (ateşleme) bobininin yapısı
Primeri kalın telden (0,60 - 0,90 mm) az sarımlı, sekonderi ince telden (0,10 mm) çok sarımlı
olarak yapılmış transformatördür. İki sargı, silisyum katkılı ince çelik saclardan yapılmış nüve
üzerine sarılmıştır. Nüve, primerin oluşturduğu manyetik alanın en az kayıpla sekonder sargılarına
ulaşmasını sağlamaktadır.
Motor çalışmaya başladığında eksantrik mili döneceğinden, kam da dönmeye başlar. Kamın
köşeleri plâtin kontaklarının açılmasını, düz kısımları ise kapanmasını sağlar. (Şekil 3.30 ve
3.31'e bakınız). Kamın kontakları açıp kapatması indüksiyon bobininin sekonderinde yüksek
değerli (5000 - 20.000 V) gerilimlerin oluşmasını sağlar.
Ateşleme bobininin oluşturduğu yüksek gerilimli akım, distribitör (dağıtıcı) adı verilen mekanik
yapılı eleman tarafından sırayla silindirlerdeki bujilere dağıtılır. Şekil 3.31'e bakınız.
İndüksiyon bobininin çalışma ilkesi
Akümülâtörden elde edilen enerji zamana göre yön ve şiddet değiştirmez. Yani sabittir. Sürekli
aynı değerde akan bu tip akımlara doğru akım diyoruz. İndüksiyon bobinlerinin çalışabilmesi için
ise sürekli değişen akıma gerek vardır. Aküden alınan akımın sürekli azalıp çoğalmasını sağlamak
için plâtin adı verilen düzenek kullanılır. En basit açıklamasıyla plâtin, indüksiyon bobininin primer
sarımından geçen akımın kesik kesik akmasını sağlamaktadır. İşte bu sayede elde edilen değişken
akım indüksiyon bobininin sekonder sarımında yüksek değerli gerilim oluşturmaktadır.
c. Benzinli motorlarda elektronik devreli yakıt ateşleme sistemleri
Bir motordan her hızda (devirde) maksimum güç alabilmek için ateşleme ayarlarının çok iyi
olması gerekir. Yani, silindir içinde sıkışmış olan yakıt+hava karışımının tamamen tutuşabilmesi
için buji tırnakları arasında oluşan kıvılcımın meydana gelme anının çok iyi belirlenmesi gerekir.
Silindir içindeki piston tam üst ölü noktadayken buji kıvılcımı başlarsa, alev, karışım içinde
ilerlerken, piston da hareketine devam edeceğinden, tam tutuşma anında piston üst ölü noktadan
geri dönmüş olur. Bu ise motor gücünü azaltıcı etki yapar. Güç kaybını önlemek için silindir
içindeki yanmanın tam üst ölü noktada başlamasını sağlamak gerekir. Bunun için, piston üst ölü
noktaya varmadan çok az bir süre önce ateşlemenin olması gerekir. Böylece yakıtın tamamı
yanacağından büyük bir basınç (kuvvet) oluşur.
44
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
transistör
transistör
distribütör
distribütör
buji
buji
indüksiyon
bobini
+
kıvılcım
-
mini
bobin
kıvılcım
akü
indüksiyon
bobini
platin
+
RB
RB
mıknatıs
akü
Şekil 3.34: Transistör ve mini bobin sensörlü
elektronik ateşleme sisteminin yapısının basit
olarak gösterilmesi
Şekil 3.33: Transistörlü elektronik ateşleme
sisteminin yapısının basit olarak gösterilmesi
Klâsik yakıt ateşleme sistemlerinde akü+plâtin+indüksiyon bobini+distribütör+bujilerden
oluşan düzenek vardır. Klâsik tip ateşleme devrelerinde aküden gelen yüksek değerli akım plâtin
kontaklarından geçtiğinden, bu elemandaki eskime çok çabuk olmaktadır. İşte bu sakıncayı ortadan
kaldırabilmek için elektronik ateşleme devreleri geliştirilmiştir.
Şekil 3.33'te verilen devrede plâtin kontaklarından çok küçük bir akım geçer. Çünkü, transistörün
beyzi küçük bir akım ile tetiklenebilir. Bu sayede plâtin kontakları az aşınır.
Şekil 3.34'te verilen devre ise daha iyi bir yöntemi göstermektedir. Bu usülde plâtin sistemi
tamamen değiştirilmiştir. Motor döndükçe mıknatıs da dönmektedir. Mıknatısın yakınında bulunan
mini bobin kendisine yaklaşan mıknatıslardan etkilenerek bir elektrik akımı oluşturur. Bu akım
transistörün beyzinden geçen akımın kontrol edilmesini sağlar. Mıknatıs ve bobin düzeneği
sayesinde kontak aşınması söz konusu olmaz.
plâtin
220 nF/600 V
Benzinli motorlarda elektronik ateşleme sistemlerine ilişkin devre örnekleri
a. Plâtinli elektronik ateşleme sistemleri
Şekil 3.35'te verilen devrede plâtinin açılıp kapanması transistörlü elektronik devreyi
çalıştırır. Şöyle ki; plâtin
kontağı kapandığında
+12 V
PNP transistörünün beyz
primer
sekonder
ucuna eksi (-) sinyal
R1 R4
gideceğinden bu eleman
2x150 V
distribütöre
iletime geçer. T1 iletime
geçtiğinde R3 üzerinde
ener diyot
oluşan gerilim ise NPN
R5
transistörü sürer. T2
T1
transistörün iletime
geçmesiyle indüksiyon
T2
R2
bobininin primer
sargısından bir akım
R3
geçişi olur. Plâtin
Şekil 3.35: Transistörlü elektronik ate şleme devresi
45
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com
kontağı açıldığında PNP ve NPN kesime gideceğinden, indüksiyon bobininden geçen akım
maksimum değerden sıfır değerine iner. Bu işlem sürekli olarak devam ederek indüksiyon
bobininin çok sipirli sekonder sarımında yüksek gerilim oluşturur. Verilen devrede plâtinden
çok küçük bir beyz akımı geçişi olduğundan bu eleman çok uzun süre bozulmadan çalışabilir.
mıknatıs
bobin
bobin
Şekil 3.36: Değişken
manyetik alanın bobinde
gerilim oluşturması
Şekil 3.37: Dönen diskteki
mıknatısların bobinde gerilim
oluşturması
disk
fototransistör
Fotodiyod
enfraruj led
b. Plâtinsiz elektronik ateşleme sistemleri
Şekil 3.35'te verilen elektronik ateşleme sistemindeki plâtinden az akım geçmesine rağmen bu
eleman yine de zaman içinde özelliğini kaybeder. İşte bu nedenle plâtinsiz elektronik ateşleme
sistemleri geliştirilmiştir.
Şekil 3.38: Optik
ateşleme sisteminin
prensibi
c. Bobinli elektronik ateşleme sistemi
Bilindiği gibi, bir bobin manyetik alan içinde döndürülürse ya da bobin sabit tutulup manyetik
alan kutupları hareket ettirilirse, bobinin içindeki elektronlar kuvvet çizgilerinin etkisi sonucu
hareket ederler. Bu durumu bobin uçlarına bağlanacak bir voltmetre ya da ampermetreyle görmek
mümkündür. Şekil 3.36'ya bakınız.
İşte bu prensipten yola çıkılarak şekil 3.37'de verilen bobinli elektronik ateşleme sistemleri
geliştirilmiştir. Bu sistemde, motorun ateşleme düzeneğinde bulunan dairesel hareketli diske
mıknatıslar yerleştirilmekte, mıknatısların yakınına ise bir bobin (pick-up, manyetik sensör)
konmaktadır. Dairesel olarak dönen mıknatısların manyetik alanı sonucu bobinde oluşan gerilim
transistörlü elektronik devreleri tetikleyerek indüksiyon bobinine kumanda edilmesini
sağlamaktadır.
ç. Optoelektronik ateşleme sistemi
Şekil 3.38'de verilen prensip şemada görüldüğü gibi bu yöntemde motorun ateşleme sisteminde
bir ışık vericisi (enfraruj led), kenarları oyulmuş döner disk ve ışık algılayıcı (fototransistör,
fotodiyot) ve elektronik devre mevcuttur.
Motor çalışırken kenarları oyulmuş disk de döndüğünden ışık yayan eleman ile ışık algılayan
eleman arasındaki iletişim kesik kesik olmaktadır. Işığı algılayan elemanın devamlı olarak iletim
kesim olması diğer elektronik devrelerin tetiklenmesine yol açmakta ve bu sayede indüksiyon
bobinine kumanda edilebilmektedir.
Sorular
1. Bir süre çalışıp duran NPN transistörlü zaman rölesi devresini çizerek çalışmasını anlatınız.
2. PNP transistörlü gecikmeyle çalışan devreyi çiziniz.
3. İki transistörlü turn-off tipi (bir süre çalışıp duran) zaman rölesi devresini çiziniz.
4. Benzinli motorlarda kullanılan klâsik ateşleme sistemini şekil çizerek anlatınız.
46
PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com