Ölçme Laboratuarı Dersi - Elektrik.gen.TR – Türkçe Elektrik

Ölçme Laboratuarı Dersi
Ayarlı DC Güç Kaynağı Yapımı Projesi
2003-2004 Bahar yarıyılı Ölçme laboratuarı dersinde aşağıdaki şekilde devre şeması verilen
1,5 - 22 Vdc ayarlı çıkış gerilimi ve 1 A çıkış akımı sağlayan DC güç kaynağı
gerçekleştirilecektir.
Şekil 1. DC Güç Kaynağı Devre Şeması
Devrede Kullanılan Elemanlar ;
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
220:24 20W Transformatör (Trafo)
1A Sigorta
4*1N4001 diyot yada Köprü diyot
2200 F 35V ve 1 F 50V elektrolitik kapasite
LM 317 ayarlı regülatör tümdevresi (entegre)
0.1 F ve 0.22 F kapasite
5 k Pot ve 220 direnç
Devrenin Açıklanması:
DC (Direct Current) Güç kaynakları, AC (Alternative Current) bir işaret yapısına sahip şehir
şebekesin (220V,50Hz) doğrultularak DC bir işaret yapısına dönüştürülmesinde
kullanılmaktadır. DC gerilimler elektronikte sayısal işaret işleyiciler (bilgisayarlar, mikro
denetleyiciler), ve dc motorlarda kullanılmaktadır. Şekil 1’de verilen DC Güç Kaynağı
devresi iki bölümden oluşmaktadır. Devrede şebeke girişinden 2200 F 35V ‘luk kapasiteye
kadar olan bölüm birinci kısmı, bu kapasiteden 1,5-22 Vdc ayarlı çıkışın alınacağı yere kadar
olan bölüm ikinci kısımdan oluşmaktadır.
a) Devre birinci kısımda şebeke gerilimi transformatör (trafo) kullanılarak istenilen gerilime
düşürülür. Trafo çıkışındaki gerilim köprü doğrultucu yapısı kullanılarak dc gerilime
dönüştürülür.
Şekil 2 Güç Kaynağı devresinin 1. Kısmı
220 Vac şebeke gerilimi, 24 Vac çıkış gerilimi verebilen trafo kullanılarak 24Vac gerilimine
düşürülür. Trafo çıkışındaki ac gerilim köprü-diyot yapısı kullanılarak dc gerilime
dönüştürülmektedir. Bu konu aşağıda kısaca açıklanmıştır.
Köprü doğrultucu yapıları ;
Köprü doğrultucu yapıları birbirine köprü şeklinde bağlanmış dört adet diyot elemanından
oluşan doğrultma yapılarıdır. Diyot elemanının davranışı şekil 3’de gösterilmiştir.
Şekil 3 Diyot elemanının davranışı
Yukarıdaki şekilden de anlaşılacağı gibi diyot, eğer anot ucu katot ucundan daha pozitif ise
(en az 0.7V) diyot elemanı kısa devre gibi, anot ucu katot ucundan daha negatif ise açık devre
gibi davranan bir elemandır.
Şekil 4 Köprü doğrultucu yapısı
Şekil4’deki devrenin girişine (e-f uçları arasına) bir alternatif gerilim uygulayalım. t1
zamanından itibaren pozitif yönde yükselmeye başlayan giriş gerilimi, a ucunu pozitif b
ucunu da negatif yapacaktır. Bu anda a ucuna bağlı diyotlardan D1 diyodunun anodu, D3
diyodunun da katodu pozitif olacaktır. Aynı şekilde b ucuna bağlı diyotlardan D2 diyodunun
katodu negatif, D4 diyodunun da anodu negatif olacaktır. Dikkat edilirse D1-D4 diyotlarının
katotlarının birleştiği c noktası ile D3-D2 diyotlarının anotlarının birleştiği d noktaları arasına
bir yük direnci bağlanmıştır. (Yük direnci bizim kullandığımız elektronik bir devre
olabileceği gibi şekildeki hali ile bir direnç de olabilir.) Anodu pozitif olan D1 diyodu ile
katodu negatif olan D2 diyotları kısa devre gibi davranıp üzerlerinden bir akım akıtmaya
başlarlar. Akan akım yük direncinin üst ucundan girip alt ucundan çıktığı için yük direncinin
üst ucunu pozitif, alt ucunu da negatif yapacaktır. D1 ve D2 diyotları üzerinden akan akım t1-t2
zamanı boyunca yani a noktasının pozitif, b noktasının negatif olduğu sürece devam
edecektir. Bu durum aşağıdaki şekil 5’de görülmektedir.
Şekil 5 Pozitif alternanstaki durum
t2 zamanında sıfır volt değerine düşen giriş gerilimi hemen negatif yönde yükselmeye
başlayacaktır. t2 zamanından itibaren negatif yönde yükselmeye başlayan giriş gerilimi, a
ucunu negatif b ucunu da pozitif yapacaktır. Bu anda a ucuna bağlı diyotlardan D 1 diyodunun
anodu, D3 diyodunun da katodu negatif olacaktır. Aynı şekilde b ucuna bağlı diyotlardan D2
diyodunun katodu pozitif. D4 diyodunun da anodu pozitif olacaktır. Anodu pozitif olan D4
diyodu ile katodu negatif olan D3 diyodu üzerinden bir akım akmaya başlar. Akan akım yük
direncinin üst ucundan girip ait ucunda çıktığı için yük direncinin üst ucunu pozitif, alt ucunu
da negatif yapacaktır. D4 ve D3 diyotları üzerinden akan akım t2-t3 zamanı boyunca yani a
noktasının negatif, b noktasının pozitif olduğu sürece devam edecektir. Bu durum şekil6’da
görülmektedir.
Şekil 6 Negatif alternanstaki durum
Çıkış gerilimin doğru akım (DC) şeklinde olabilmesi için yük direncine paralel bir
kondansatör koyarsak çıkış dalga şekli ve devre şekil 7 gibi olur.
Şekil 7 Kondansatör bağlanmış doğrultucu yapısı
Çıkışta görülen Vo işareti yön değiştirmeyen ve zamandaki değişimi oldukça az olan bir işaret
olduğundan idealde değişmeyen bir işaret olarak kabul edilmektedir.
b) DC Güç kaynağı devresinde ikinci bölümde, çıkış geriliminin ayarlı hale getirilmesi ve
regüle edilmesi (gerçekleştirilen DC Güç kaynağının çıkış akımının, güç kaynağının çıkışına
bağlanacak yük direncinden ve çıkış gerilimi değişimlerinden etkilenmemesi) için LM 317
regülatör tüm devresi kullanılmıştır.
Şekil 8 Güç Kaynağı devresi 2. Kısmı
LM 317 devrede çıkış geriliminin değişimini ve regülasyon işlemini sağlayan devre
bölümünün tümdevre olarak gerçekleştirilmiş bir şeklidir. LM 317’nin içyapısına ve
elektriksel özelliklerine buradan erişebilirsiniz. Güç kaynağı devresinde çıkış gerilimi LM
317’nin 2 nolu bacağına bağlanan 5K Pot ile ayarlanmaktadır. LM 317 elemanının şekli ve
bacak bağlantısı şekil 9’da verilmiştir.
Şekil 10 LM 317’nin bacak bağlantı şeması
Devrenin Gerçeklenmesi:
Devrede elemanların birbirlerine olan bağlantılarının yapılması ve elemanların bir düzlem
üzerinde yerleştirilmesi için elektronik kart (plaket) tasarımı yapılmalı ve gerçeklenmelidir.
Aşağıda başka elektronik devreler için tasarlanan ve gerçeklenen elektronik kartlar
gösterilmiştir.
Şekil 10 Çeşitli elektronik kartlar
Elektronik kartlar olarak bir yüzeyi veya bazı devreler için iki yüzeyi de bakır kaplanmış
plaketler kullanılmaktadır. Gerçeklenmek istenen devredeki elemanlar arasındaki bağlantılar
plaketteki bakır yüzey ile sağlanmaktadır. Bundan dolayı istenilen bölgelerde bakır yüzeylerin
kalması, diğer yüzeylerdeki bakırın plaketten ayrılması istenmektedir.
Bakır elementinin asit ile tepkimeye girip eridiği bilinmektedir. Bundan dolayı istenilen
bölgelerdeki bakırın asitten etkilenmeyeceği bir madde ile kaplanıp, plaketin asite atılması ile
istenilen eleman bağlantıları plaket üzerinde elde edilmektedir.
Aşağıdaki şekilde yüzeyi bakır kaplı plaket üzerinde asitten etkilenmeyen bir madde ile
kaplanıp daha sonra asite atılarak bakır tepkimesinin gerçekleştirildiği bir devre kartı
gösterilmiştir.
Şekil 5 Gerçekleştirilen bir elektronik kart
Asit tepkimesi sonucu elde edilen devre kartının yüzeyi elemanların bacakları kalınlığında
ince matkap uçları ile delinmesi sonucu elemanları yerleştireceğimiz devre kartımızı elde
ederiz.
Devre kartı üzerine yerleştirilen elemanların bacakları ile plaket üzerindeki bakır yüzey
arasındaki iletim lehim yapılarak sağlanmaktadır. Havya kullanarak lehim yapılmasında
dikkat edilecek en önemli husus devre elemanının ve bakır yüzeyin havya ile gereğinden fazla
ısıtılmamasıdır.