Elektronik

FET Nedir ? (JFET, field effect transistör, alan etkili transistör): Alan Etkili Transistör (Field Effect Ttransistor), 3 uçlu bir grup yarı iletken devre elemanının genel adıdır. İki yarı iletkenin birleşiminden oluşmuş ve G-D-S adlı üç ayağı bulunan elemanlara FET denir.

FET’in ayaklarının anlamları:

G (gate): Kapı, geçit

D (drain): Oluk

S (source): Kaynak

Not: Bazı FET’ lerde dördüncü bir uç daha vardır. Bu gövde (substrate) ucudur.

Alan etkili transistör (FET), BJT (çift kutuplu yüzey birleşmeli transistör)’den farklı olarak tek kutuplu bir elemandır. FET, anahtar olarak kullanıldığı zaman bir gerilimde bir sapma olmaz. FET’ ler radyasyona karşı transistörlere oranla duyarsızdır. FET, BJT’ den daha az gürültülüdür.  Yüksek ısı kararlılığı vardır. Bu nedenlerden FET çeşitleri biyomedikal sistemlerde çok kullanılır. BJT’lerin de kullanılabileceği basit devrelerde, FET’ ler BJT’ lere göre pahalı olduğu için kullanılmaz.

FET’ lerin bazı özellikleri

• Gürültü (parazit) oranları çok düşüktür.
• Akımları ısı ile fazla değişmez.
• Giriş ve çıkış empedansları alçak frekanslarda çok yüksektir. Ancak, çalışma frekansları yükseldikçe bu değer düşer.

FET Çeşitleri

Alan etkili transistör; Jonksiyon FET (JFET) veya metal oksitli yarı iletken JFET (MOSFET) olarak yapılır ve iki guruba ayrılır. Fet transistör imalatı n kanallı ve p kanallı olmak üzere iki tipte yapılır. N kanallı JFET’lerde iletim elektronla ile, P kanallı JFET’ lerde ise oyuklar ile gerçekleşir. FET’ ler  ekonomik  ve yapımı basit olduğu için kullanım alanı oldukça çok fazladır.

JFET Nedir?

JFET (junction field effect transistor – birleşim yüzeyli alan etkili transistör) imal edilen ilk alan etkili transistörlerdir (FET-field effect transistör).

JFET transistör üç (bacaklı) uçludur: Geyt (Gate), Sörs (Source), Dreyn (Drain). JFET’ lerin G bacakları normal transistörlerin beyz bacağına, source bacakları normal transitörlerin emiter bacağına, drain bacakları ise normal transistörlerin kolektör bacaklarına benzetilebilir. Normal transistör ile JFET transistör arasındaki tek fark, normal transistörün kolektör emiter arasındaki akımın, beyz’inden verilen akımla kontrol edilmesi, JFET transistör’ ün ise gate’ inden verilen gerilim ile kontrol edilmesidir.

Yani JFET’ ler gate ucundan hiçbir akım çekmez. Bu da JFET’ in en önemli özelliğidir. Bu özellik, içerisinde çok sayıda transistör bulunduran entegrelerde ısınma ve akım yönünden büyük bir avantaj sağlar.

JFET üretimi iki şekilde yapılır: N kanallı ve P kanallı olmak üzere iki tipte üretilir. Yukarıdaki şekilde JFET’in fiziksel yapısı ve elektriksel sembolü görülmektedir. JFET sembolünde, gate ucunda bulunan okun yönü kanal tipini anlatır. Ok yönü içeri doğru ise N kanal JFET, ok yönü dışarıya doğru ise P kanal JFET olduğu anlaşılır. Bu durum şekilde a ve b’de gösterilmektedir.

Üç yarı iletkenin birleşiminden oluşan transistörlerin giriş empedansı düşüktür. Bu nedenle yüksek giriş empedanslı devreler üretebilmek için karmaşık tasarımlar yapmak gerekmektedir. Yani, transistörler akım kontrollüdür. FET’lerde ise giriş ucunun direnci (empedansı) çok  yüksek olduğundan çekilen akım çok çok azdır.

JFET Yapısı ve JFET Çalışma Prensibi

N kanallı JFET ile P kanallı JFET’in çalışma prensibi aynıdır. Aralarındaki tek fark akım yönleri ile polarma gerilimlerinin ters olmasıdır.

• N kanallı FET’in çalışma prensibi

JFET’in polarmalandırılması ve elektron akışı şekil 1 üzerinde gösterilmektedir. Drain-source arasına uygulanan besleme gerilimi, drain ucu ile şase arasına bağlanır. Bu gerilim, drain devresindeki besleme gerilimi olarak ifade edilir. V_DS ile sembolize edilir. V_DS gerilimi, N kanal içerisindeki elektronların hareket etmesini sağlar. Bu elektronlar, source’den drain’e oradan da V_DS kaynağının pozitif kutbuna gider. V_DS kaynağının içinden source’e geri döner. Source ve drain üzerinden geçen bu akıma drain akımı denir. I_D ile sembolü ile gösterilir.

JFET’in gate terminali kontrol ucudur. JFET’in iletkenliğini kontrol eder. Gate terminali kullanmadan JFET’in çalışmasını inceleyelim. Aşağıda verilen devrede, V_DS gerilimi 0V (şase) yapılırsa ve V_DS besleme kaynağı da 0V’ dan başlayarak yükseltilirse kanal içerisinden geçen akım miktarı da artar. Ancak N tipi kanalın jonksiyon direnci maksimum akım değerini sınırlar. V_DS daha fazla artırıldığı zaman  JFET’ de bir ters polarma bölgesi meydana gelir. Bu polarma bölgesine, azalma bölgesi adı verilir. Azalma bölgesi, kanal akımının n maddesinin dar bir kesidi içinden geçmesini gerektirir. Bundan dolayı ile I_D akımında artık bir azalma söz konusu olur.

V_DS kaynağının daha fazla artırılması sonucu kanalın tamamen daraldığı bir duruma ulaşılır. Bu değerden sonra daha fazla akım akışı oluşmaz. Çünkü kanal kapanma moduna girmiş ve drain akımı doyuma erişmiştir. Bu durum şekilde görülmektedir.

Netice olarak, kanal direncinden dolayı drain-source arasında bir gerilim düşümü oluşur. V_DS artarken drain ve source uçlarında V_DS gerilim düşümü oluşur. Bu gerilim düşümüne ise I_D akımı neden olur.

(Şekil 2)

Şekil 2′ de görüldüğü gibi V_P noktasında, V_DS artarken I_D sabit bir değerde kalır. I_D maksimum değerine erişmiştir. I_Dmax değerine ise I_DSS denir. I_DSS kanalın doyum akımıdır. Bu anda yani I_DSS akımı, V_P değerine eriştiğinde gate-source arası gerilim de sıfırdır (V_GS =0V).  I_DSS değeri, elemanın yapısına göre belli bir değerde bulunur. Bu değer imalatçı firma tarafından verilir veya ölçülebilir.

• P kanallı FET’in Çalışma Prensibi

P kanal FET’in D ucuna (-) ve S ucuna (+) polarma uygulandığı zaman U GS geriliminin değeri 0 V ise, P maddesinden yapılmış kanaldan maksimum değerli akım geçişi olur. U GS gerilimi 0 V değerinden itibaren (+) yönde artırılırsa P-N birleşim bölgesinde elektron ve oyuk azalması ortaya çıkacağı için S’den D’ye geçen akım azalır.

JFET’in Karakteristikleri

JFET’lerde; gate ucu, kanal bölgesini (azalma bölgesi) kontrol etmek için kullanılır. Örnek olarak N kanallı bir JFET’ te, gate ile source arasına uygulanan negatif polariteli bir gerilim, gerilim azalma bölgesini büyültür. Bu durum, kanal akımının daha düşük değerlerinde kanalın kapanmasına neden olur. Eğer V_GS gerilimi artırılırsa kanalın azalma bölgesi daha da büyür. Sonuçta drain akımı aşağıdaki şekil a ve b’de gösterildiği gibi daha düşük akım seviyelerinde doyuma erişir. Karakteristikte sabit V_GS geriliminin çeşitli değerlerinde I_D ve V_DS değerleri gösterilmiştir.

Neticede N kanal bir JFET’te gate-source arasına uygulanan ters polarma artarken, kanal akımı azalır. Gate-source arasına uygulanan ters polarma gerilimi yeterli büyüklüğe erişirse kanal tamamen kapanabilir ve I_D akımı sıfıra düşebilir. Kanalın tamamen kapanıp akım geçirmemesine sebep olan ters gerilim değerine “gate-source daralma gerilimi (pinch-off)” denir. Bu değer, “V_P (V pinch-off)” ile tanımlanır.

Yukarıdaki şekiller ve grafik incelendiği zaman V_DS‘ nin küçük değeri için I_D akımının lineer olarak arttığı görülür. (Şekil 3)

V_DS gerilimi artarken kanalın daraldığı görülür. FET’in bir başka önemli karakteristiği ise transfer karakteristiği olarak ifade edilir. Transfer karakteristiği eğrisi, sabit bir drain-source (V_DS) geriliminde, gatesource (V_GS ) geriliminin fonksiyonu olarak elde edilen drain akımının (I_D) eğrisini gösterir. Transfer karakteristiği şekil 4 . a ve b’ de gösterildiği gibi elemanın iki önemli parametresi olan VP ve IDSS değerlerini verir. Transfer karakteristiği eğrisi matematiksel olarak eşitliği ile anlatılır.

Bu eşitlik ya da bu eşitlikten çizilen transfer karakteristiği V_P ve I_DSS değerlerine bağlıdır ve JFET’in çalışmasını iyi ifade eder. Transfer karakteristiği eşitliği ile şekil 4′ deki transfer karakteristiği karşılaştırıldığında; V_GS = 0 olduğunda, eşitliğin I_D = I_DSS durumunu sağladığı ve eğrinin dikey eksen I_D’ yi, I_DSS değerinde kestiği görülür.

Diğer taraftan I_D = 0 için eşitlik V_GS = V_P durumunu sağlar. I_DSS ve V_P değerleri imalatçı kataloglarında verilir. Bu değerlerden faydalanılarak transfer karakteristiği çizilebilir. Transfer karakteristiği eğrisinden ve değerlerden yararlanarak I_D değerleri de hesaplanabilir.

JFET’in polarmalandırma devresi ve grafiksel eğrisi olarak şekil 5’de görülmektedir.

I_DSS değeri, V_GS =0 durumunda elde edilen akım seviyelerinin oluşturduğu eğriden okunur. V_P değeri ise açık bir şekilde görülmez. Ancak V_P değeri en alttaki V_GS eğrisinin değerinden biraz daha büyüktür. Karakteristikteki kesik çizgi, doyum akımının aktığı noktalardan geçmektedir. Budan dolayı, kesik çizgi V_DS = V_P-V_GS durumunu göstermektedir. Bu çizgi, genel olarak drain karakteristiğinin bir parçası değildir fakat eğrinin yatay eksene (V_DS) değdiği noktanın değerini verir.

Şekil 5

Karakteristikten görüldüğü gibi aktif bölgede I_D akımı sabittir. Ancak belli bir V_DS değerinden sonra JFET bozulur, drain akımının artışı JFET tarafından artık sınırlanamaz. JFET’in bozulma gerilimi değeri BV_GDS olarak işaretlenmiştir.

BV_GDS değeri, küçük gate source polarma gerilimleri için daha büyüktür. JFET’in drain karakteristiğinde kesik çizgi ile gösterilen bölge ile bozulma eğrileri arasında kalan bölge JFET için aktif çalışma bölgesidir.

JFET’ler sinyal yükseltmek amacı ile kullanıldıklarında aktif bölgede çalıştırılır. Aktif bölgede çalışma ise büyük ölçüde dc polarma gerilimleri ile sağlanır. JFET’ler anahtarlama devrelerinde ve sayısal devrelerde çok sık kullanılır.

JFET Parametreleri ve JFET Formülleri

JFET’ e uygulanan voltajların değiştirilmesi ile, JFET’in gösterdiği davranışa parametre denir. Üretici firmalar, elemanı tanımlamak ve farklı elemanlar arasında seçim yapabilmek için gerekli olan bilgileri transistör kataloğu’ nda verir.

JFET parametreleri:

• Drain-source doyma akımı (IDSS): Gate-Source eklemi kısa devre yapıldığı zaman drain-source arasından akan akımdır.
• Gate-source kapama gerilimi (VP): Drain-Source kanalının kapandığı gerilim değeridir.
• Gate-source kırılma gerilimi (BVGDS):Bu parametre belirli bir akımda drainsource kısa devre iken ölçülür. Uygulamada bu değerin üzerine çıkılması durumunda eleman zarar görebilir.
• Geçiş iletkenliği (gm): Drain akım değişimine göre gate voltaj değişimine denir.
• Geçirgenlik, direncin tersi olduğu için birimi (MHO) veya Siemens’tir. JFET transfer karakteristiğinde iki önemli nokta IDSS ve VP değerleridir.

Geçirgenlik V_DS sabit iken drain akım değişiminin gate-source arası voltaj değişimine oranıdır. Aşağıdaki formülle hesaplanır.

Örnek soru:

I_DSS = 7,5 mA, V_P = 4 V olan p-kanallı JFET elemanının drain akımını V_GS = 2 Volt için bulunuz.

Çözüm:

JFET Polarmalandırılması (Kutuplanması)

Belli bir drain akımı ve drain-source gerilimi çevresinde JFET’in çalışması için çoğunlukla polarmalandırılması gerekir. JFET bir yükselteç olarak çalıştırılacaksa aktif bölgede çalışacak şekilde polarma gerilim ve akımları seçilir. JFET polarmalarında birçok polarma tipi kullanılabilir. Bunlar:

• Sabit Polarma Devresi

Sabit polarmalı bir JFET yükselteç devresi aşağıdaki şekilde verilmektedir. Yükselteç devresi incelediğinde polarmanın iki adet DC besleme kaynağı tarafından sağlandığı görülmektedir.  Bu devrede çift besleme kaynağı kullanılmıştır.

Şekil 6’da görüldüğü gibi giriş sinyali ile çıkış sinyali arasında 180° derece faz farkı vardır.

• Self Polarma Devresi

Pratik uygulamalarda JFET’ li yükselteçler genel olarak tek bir DC besleme kaynağı ile polarmalandırılır. Böyle bir polarma devresi şekil 8′ de görülmektedir. Devrede gate – source polarma gerilimi elde etmek için bir self polarma direnci RS kullanılmıĢtır. RS direnci uçlarında ID . RS gerilim düşümü sebebi ile pozitif bir VS gerilimi oluşur. Gate veya RG gate direncinden dc akımı geçmediği için gate gerilimi sıfır volttur. Gate gerilimi sıfır volt olduğu için, gate (0V) ile source (+V ) arasında ölçülen net gerilim negatif giriş sinyali çıkış sinyali gerilimdir (referans noktası source alındığı zaman negatif değerde ölçülür). Ölçülen bu negatif gerilim gate-source arası polarma gerilimi VGS’dir. Gate-source arası polarma bağlantısı;

olduğu devreden görülmektedir. Bu bağıntı transfer karakteristiği üzerinde gösterilir. Bunun için iki ID değeri seçilir. JFET kesimde iken; ID = 0 olur. JFET iletimde iken;

Şekil 6’ da self polarmalı JFET yükselteç devresi ve giriş-çıkış sinyal şekilleri gösterilmektedir.

• Gerilim Bölücülü Polarma

JFET için kullanılan bir diğer dc polarma devresi ve giriş-çıkış sinyal şekilleri, aşağıdaki şekil 8′ de gösterilmektedir. Bu polarma şekli, gerilim bölücülü gate polarma olarak bilinir. Bu polarma tipinde, polarma gerilimi ve akımının belirlenmesi diğer polarma devrelerindeki gibidir.

JFET Nerelerde Kullanılır?

JFET kullanım alanları; biyomedikal devrelerde yüksek frekansta çalışma giriş sinyali çıkış sinyali, (ultrasonik cihazlar) ve radyoaktiviteye karşı nispeten duyarsız (lineer accelerator-doğrusal hızlandırıcı, kobalt 60 cihazları) olduğu için çok sık kullanılır.

VHF yükselteçler, alıcı ve vericilerin radyofrekans ve alçak frekans katları, ölçü aletleri, otomatik kazanç kontrol devreleri, osilatörler, mikserler yüksek frekansta çalışacak sürme devrelerinde kullanılabilir.

JFET Sağlamlık Kontrolü

FET’lerde transistörün aksine gate ucu boşta iken drain (D)-source (S) arasından akım geçer. Gate ucu boşta iken D-S arası iletkendir. Normal bir transistör gibi ölçülürken C-E arası kısa devre olmuş gibidir. Ölçülecek malzemenin tipine ve karakteristik özelliklerine göre değişiklik gösterebilir.

Alan etkili transistörlerin bazı tipleri gate terminali kanaldan izole edilmiş (yalıtılmış) şekilde yapılır. Bu tür alan etkili transistörlere, metal oksitli yarı iletken FET (Metal-Oxide Semiconductor FET) ya da “mosfet” denir. MOSFET’ ler; azaltan tip Mosfet (Deplation- MOSFET) ve çoğaltan tip MOSFET (Enhancment- Mosfet) olarak imal edilir. Mosfet elektronik dünyasında sık sık karşımıza çıkıyor.

Azaltan tip MOSFET’ lere kısaca D MOSFET, çoğaltan tip MOSFET’ lere ise E- Mosfet denir. Mosfet çeşitleri; her iki tip MOSFET’ inde; P kanal ve N kanal olmak üzere iki tipte imal edilir. N kanallı D- MOSFET ve E MOSFET ‘in temel yapıları aşağıdaki şekildeki gibidir. MOSFET’ lerde tıpkı JFET’ler gibi 3 uçlu aktif devre elamanları sınıfındandır. Uçlarına görevlerinden dolayı; Gate (Gate), Dreyn (Drain) ve Sörs (Source) isimleri alırlar. Şekilde verilen temel yapıda Sabstreyt (Subsrate) terminali, dördüncü uç gibi görünse de genel olarak source’e bağlanır veya şase potansiyelinde tutulur.

D-MOSFET’in yapısında kanal fiziksel olarak yapılmış durumdadır. D-MOSFET’ in, drain-source uçlarına bir dc gerilim kaynağı bağlandığı zaman drain ile source arasında bir akım oluşur. E-MOSFET’ in yapısında ise, imalat sırasında şekillendirilmiş  ya da meydana getrilmiş  bir kanal yoktur. E-MOSFET’ in; drain-source uçlarına gerilim uygulandığı zaman akım oluşması için, şarj taşıyıcılarının kanalı meydana getirmesi gerekir. Bunun için de gate ucuna gerilim uygulanmalıdır.

MOSFET ÇEŞİTLERİ

• Azaltan MOSFET (D-MOSFET) Yapısı

n-kanal ve p-kanal olmak üzere başlıca iki tipde D-MOSFET üretimi yapılır. Aşağıdaki “a” şeklinde n-kanal D-MOSFET’in yapısı ve şematik D-MOSFET sembolü görülmektedir. “b” şeklinde ise p-kanal D-MOSFET’in yapısı ve şematik sembolü görülmektedir.

N kanallı D MOSFET, p tipi gövde (substrate-sabstreyt) üzerine yerleştirilir. N tipi yarı iletken maddeden yapılan source ve drain bölgelerine, source ve drain terminalleri bir metalle (alimünyum) bağlanmıştır. Ayrıca source ve drain bölgeleri içten N tipi kanal bölgesi ile birbirine bağlanır. N kanalın üzerinde bulunan ve kanal ile gate arasındaki izolasyonu sağlayan ince silikon dioksit (SiO₂) tabakasının üzerine ince bir metal tabaka konur. Bu bileşim DMOSFET’i meydana getirir.

Şematik sembol’de elemanın gate, source ve drain uçları gösterilir. Sabsreyt ucu ise çoğunlukla source’e bağlı olarak gösterilir. Şematik gösterimde elemanın kanal tipi sabstreyt ucundaki okun yönü ile belirtilir.

Şekilde görüldüğü gibi ok yönü elemanın içine doğru ise n-kanal D-MOSFET, ok yönü dışarı doğru ise p-kanal D-MOSFET tanımlanır.

Azaltan Tip (D-MOSFET)

MOSFET Çalışma Prensibi ve Karakteristiği

N-kanallı D-MOSFET’in gate-source arasına negatif bir gerilim (V_GS) uygulandığında elektronlar kanal bölgesinin ortasına doğru itilir ve kanalda daralma meydana gelir. Yeterli büyüklükte gate-source gerilimi kanalı tamamen daraltarak kapatır. Diğer taraftan; pozitif gate-source geriliminin uygulanması durumunda, p tipi taşıyıcılar itildikleri için kanal büyüklüğünde bir artış meydana gelir. Bu durum daha çok şarj taşıyıcısının meydana gelmesine izin verdiği için daha büyük bir kanal akımı oluşur. N kanallı D-MOSFET’in transfer ve drain karakteristikleri ise aşağıdaki şekilde görülmektedir.

Karakteristik eğriler; elemanın  pozitif ve negatif gate-source geriliminde çalışmasını göstermektedir. Negatif VGS değerleri, daraltma gerilimine (pinch-off) kadar drain akımını azaltır. Bu gerilimden sonra drain akımı hiç akmaz. N kanallı D-MOSFET’in transfer karakteristiği, negatif gate-source gerilimleri için JFET karakteristiği ile aynıdır. Pozitif VGS değerleri için de bu özellik korunur. Negatif ve pozitif her iki V_GS değerinde de gate kanaldan izole edildiği için MOSFET, V_GS ‘nin her iki polarite durumunda çalıştırılabilir. İki polarite durumun da da gate akımı oluşmaktadır.

P ve N kanallı D-MOSFET’ler çalışma prensibi bakımından birbirinin benzeridir. Ancak P kanallı D-MOSFET’te polarma kaynaklarının yönü terstir. Akım taşıyıcıları oyuklardır. Gate-source gerilimi negatif olduğunda drain akımı artarken, pozitif olduğunda azalır.

Bu sebeple daralma gerilimi VP pozitif değerlidir.

• Çoğaltan Tip MOSFET (D-MOSFET) Yapısı

Çoğaltan tip MOSFET’in (E-MOSFET) yapısı ve E-MOSFET sembolü şekilde verilmektedir. E-MOSFET imalatı, mosfet üreticileri tarafından n-kanallı ve p-kanallı olmak üzere iki tipte yapılır. Şekildeki yapıdan da görüldüğü gibi E-MOSFET’in temel yapısında fiziksel olarak meydana getirilmiş bir kanal yoktur. E-MOSFET, drain ile source arasında fiziksel bir kanala sahip değildir. E-MOSFET sembolünde drain ile source arası kesik çizgilerle gösterilir. Bu durum başlangıçta E-MOSFET’de kanal olmadığını belirtmek içindir. E-MOSFET sembolünde sabsreyt ucundaki ok’un yönü E-MOSFET’ in kanal tipini belirtir. Ok yönü içeri doğru ise, N tipi kanalı ok yönü dışarı doğru ise P tipi kanalı gösterir. E-MOSFET’ lerde kanal tipi ile sabsreyt’te kullanılan yarı iletken malzemelerin tipleri terstir.

Çoğaltan (Enhancement) Tip (D-MOSFET) 

MOSFET Çalışma Prensibi ve Karakteristiği

E-MOSFET’lerde kanal, gate terminaline uygulanan harici bir besleme ile meydana getirilir. Gate-source uçları arasına pozitif bir gerilimin uygulanması, gate altında sabstreyt bölgesinde bulunan oyukları (boşlukları) iter ve orada bir azalma (deplasyon) bölgesi yaratır.

Gate gerilimi yeteri kadar pozitif değere çıkarıldığı zaman; elektronlar, pozitif gerilim tarafından bu azalma bölgesine çekilir. Böylece, drain ile source arasındaki bu bölge N kanalı gibi hareket eder. Pozitif gate gerilimi ile meydana getirilen ve şekillendirilen N kanallı E-MOSFET’in transfer ve V-I karakteristiği şekilde gösterilmektedir. Aşağıdaki şekilde  N kanallı E-MOSFET’in V-I karakteristikleri görülmektedir.

Elemanın transfer karakteristiğinden de görüldüğü gibi, gate-source gerilimi eşik (threshold) başlangıç değeri VT’yi aşıncaya kadar drain akım hiç akmaz. Bu eşik gerilimi değerinin üzerindeki pozitif gerilimlerde, artan değerli bir drain akımı meydana gelir. Bu akımın transfer karakteristiği de,

I_D = K . (V_GS – V_r)²

eşitliği yardımıyla tanımlanabilir. Eşitlik yukarıdaki formülde yalnız V_GS -V_T şartı için geçerlidir. Eşitlikte k sabitesi tipik olarak 0.3 mA/V² değerinde olan ve elemanın yapısına bağlı olan bir özelliktir. V_GS=0 volt durumunda drain akımı akmadığı için E- MOSFET’ lerde I_DS değerinden söz edilebilir. E-MOSFET’lerin çalışma alanı; D-MOSFET’ lerden daha sınırlı olmasına karşın, E-MOSFET’ler, büyük-ölçekli entegre devreler için çok kullanışlıdır. Çünkü E-MOSFET’ler basit yapılı ve küçük boyutlu elemanlardır. E-MOSFET  sembolünde drain ile source arası kesik çizgilerle gösterilir. Bu çoğaltan tip elemanda başlangıçta kanalın olmayışını belirtmek içindir. Bundan başka sabstreyt ucundaki ok P tipi sabstreyti ve N kanalı gösterir. P kanallı E-MOSFET’in sabstreyti, N tipi yarı iletkenden yapılır.

P-kanallı E-MOSFET çalışma prensibi N kanallı gibidir. Ancak, P kanallı da polarma kaynaklarının yönü terstir. Akım taşıyıcıları oyuklardır. Negatif değerli eşik gerilimi aşılıncaya kadar drain akımı yoktur. Daha büyük değerli negatif gate gerilimlerinde artan bir drain akımı vardır. Artıran tipi mosfetlerin gate uçlarına uygulanan gerilime bağlı olarak açılıp kapanan bir anahtar (mosfet switch) gibi davranma özelliğinden yararlanılarak CMOS tipi entegreler imal edilmiştir. CMOS tipi dijital entegrelerin içinde bol miktarda mosfet vardır.

MOSFET Parametreleri

JFET parametrelerinde anlatılan, drain source doyma akımı (I_DSS) , gate-source kapama gerilimi (V_P), geçiş iletkenliği (gm) parametreleri MOSFET’lerde de geçerlidir. Drain akımını veren formüller;

MOSFET’lerde geçiş iletkenliği;

bağlantısı ile bulunur.

Soru: Çoğalan tip MOSFET’te V_GS =5 V, V_T= 3V olduğuna göre drain akımını hesaplayınız.

(k=0,3 mA/ V² )

Çözüm:

MOSFET’lerin Özelliklerinden Bazıları

• Güç harcamaları çok azdır.
• İç kapasiteleri düşüktür.
• Mekanik dayanımları fazladır.
• Çok hassas yapılı oldukları için statik elektriklenmeler de bozulabilirler. Bundan dolayı montaj işlemlerinin topraklanmış havya ile yapılması gerekir.

Mosfet Sağlamlık Kontrolü

Mosfet sağlamlık testi : Mosfet sağlamlık testi avometre ile yapılır. Ölçü aletinin siyah olan prop  ucu “n mosfet” in “S” ucuna sürekli değdirilir, kırmızı prop ucu ise “D” ucuna değdirildiğinde ibre sapıyor, sonra  “G”  ucuna  değdirildiğinde bir şey göstermiyor. Bu kez kırmızı prop “S” ucuna sürekli değdirilip, siyah prop  ucu “D” ye değdirildiğinde bir şey göstermiyor. Sonra “G” ucuna  değdirilir yine bir şey göstermiyor ve tekrar “D” ucuna değdirildiğinde ibre sapıyor ise mosfet sağlamdır.

MOSFET Kullanım Alanları

RF yükselteçlerinde, yüksek frekanslı mikserlerde, anten yükselticilerinde, analog anahtar devresi, multiplexer devresi, güç kaynağı yapımında, akım sınırlayıcı devresi, faz kaydırmalı osilatör devresi, Push -Pull devresi, H-Bridge devresi, pwm hız kontrol devresi, led efekt devresi vb gibi devrelerde kullanılır. Kullanım alanları, yapısı ve özelliklerine göre mosfet fiyatları değişmektedir.

Transistör ile MOSFET’in Karşılaştırılması

Mosfet nasıl çalışır? sorusunun en kolay cevabı, pnp ve npn transistör ile karşılaştırmaktır. Mosfetin avantajı, gate akımının sıfıra yakın veya sıfır olmasıdır. Bu mosfetten 60 amper geçse bile değişmez. Herhangi bir transistörün yerine Mosfet kullanılabilir. Normal bir NPN transistör tetiklendiğinde beyz gerilimi 0,65 volt civarındadır. Mosfet ise geyt gerilimi 2-5 Volt düzeyine varmadan tetiklenmez.

Yukarıdaki şekilde  NPN transistörle N kanal mosfetin karşılaştırılması gösterilmektedir.

Şayet kaynak gerilimi 20 Volt un altında ise geyt ucuna zener diyot bağlanmalıdır. Transistör akım yükseltici olarak kullanılır.

BC547 transistörü 100mA lik yük akımı için 1 mA beyz akımına ihtiyaç duyacaktır. Bu akım kazancının 100 olduğu anlamındadır.

Mosfet voltaj kontrollü bir elemandır. Akım değeri fiziksel büyüklüğüne ve yapısına bağlıdır. Bu parametreler değiştirilemez. IRZ40 ın 35 A yük akımı için geyt ucundan 0,25 mA den daha az akım geçer.  Geyt gerilimi source geriliminden 3-4 V yüksek olduğunda iletime geçer. Drain 0,028 ohm değerinde olur.

 

Yukarıdaki şekilde PNP transistörle P kanal mosfetin karşılaştırılması gösterilmektedir.

Elektronik, elektrik kullanarak bilgi işleyen, taşıyan veya depolayan elemanları ve sistemleri inceleyen bilim dalıdır. Serbest elektronların etkisiyle meydana gelen olayları inceleyen bilim dalına elektronik  denir.

Elektronik, elektrik akımını geçiren, iletken, yarı iletken, direnç, endüktans, kondansatör, vakum tüpleri ve nano ölçekli yapılarla imal edilen elemanların ve bu elemanların montajı ile oluşan  cihazların geliştirilmesi ile ilgilenen mühendislik dalıda elektronik mühendisliğidir.

Tabiatta bulunan 109 elementten bazılarının atomlarının son yörüngelerinde (valans yörünge) bulunan negatif ( -) yüklü elektronların hareketlerinden faydalanarak çeşitli donanımları yapma bilimine elektronik denir.

Günümüzde kullanılan birçok cihaz, elektronik elamanlar kullanılarak imalatı yapılmaktadır. Hemen her endüstriyel ürünün içinde bir elektronik cihaz bulunmaktadır.

Elektroniğin çalışma alanını, elektronların (veya diğer yük taşıyıcılarının) akış hareketlerini kontrol etmek yolu ile çalışan sistemlerin incelenmesi ve kullanılması meydana getirir. Termiyonik valflar (vakum tüpleri) ve yarı iletkenler bu tür sistemlere örnek verilebilir. Günlük hayatta karşılaşılan sorunların çözülmesinde elektronik devrelerin tasarım ve imalatı, elektronik mühendisliği ve bilgisayar mühendisliği biliminin donanım tasarımı alanında aynı derecede öneme sahiptir. Bütün elektronik uygulamaları gücün veya bilginin uygun aracılarla aktarılması prensibi ile çalışır. Ancak elektronik alanında çoğunlukla veri aktarımı söz konusu olmuştur. Yarıiletken cihazların imal edilmesi ve tasarlanması ile bu yolla üretilen teknolojiler çoğu defa fizik biliminin bir alt çalışma alanı olarak kabul edilir.

20. yüzyıl elektronik teknolojisinin atılıma geçtiği çağ olmuştur. 21. yüzyıl ise yaşantımızın her diliminin elektronik düzeneklerle donandığı bir yüzyıl olacaktır.

Elektronik bilim dalı tüm bilim dalları ile alakalıdır. 1920’li yıllarda uygulanmasına başlanan ilk elektronik devreler lâmbalıydı. (Lâmbalı devre elemanı: Havası boşaltılmış elektron lâmbasıdır.)

İlk elektronik devrelerin etkin bileşenleri, havası boşaltılmış cam tüpün içine yerleştirilen metal levhalardan meydana geliyordu. Bunlara  elektron tüpü veya lamba adı verilirdi. Eski tip radyo   alıcılarında bu tip lambalar kullanılmıştır. Bunların ilk basit örneği, iki elektrotlu olduğu için diyot adı verilen lambadır. 1904 yılında İngiliz bilim adamı Sir John Ambrose Fleming ilk olarak yapmıştır.

1906’da Lee de Forest diyot lambaya bir elektrot daha ilave ederek “triyotu” geliştirdi. Bu bile çok yüksek enerji gerektiren güçlü vericilerde bu lambalar kullanılmaktadır.

1948 yılında ABD’li bilim adamları; Walter Houser Brattain, William Bradford Shockley, John Bardeen,  transistorü buldular. Transistör, lambaların yaptığı her işi yapabiliyor ve daha az akım tüketiyordu, küçük ve fiyatı daha ucuzdu. 1950’ den sonra transistörlü elektronik devreler kullanılmaya başlandı.   Transistörün bulunması ile elektronik cihazlar sanayide ve evlerde kullanılması yaygınlaştı.
1960’lı yılların ortalarından sonra, transistörlerin yerine küçük olan çok fonksiyonlu elektronik devre elemanları, entegreler geliştirildi. Entegre (tümleşik devre, yonga, chip) olarak adlandırılan elemanlar, devrelerin yapısını basitleştirerek, çalışma hızını arttıran ve doğru çalışmayı sağlayan elemanlardır. Küçük bir silisyum parçası üzerinde bütün gerekli elektronik bileşenleri ve devre bağlantılarını içeren tümleşik devreler giderek daha da küçülmeye başladı. Tümleşik devrelere yonga, çip veya mikroçip de denilmektedir. Bugün elektronik devrelerin hemen hepsi tümleşik devreler halinde yapılmaktadır. Bu alandaki gelişmeler mikro elektronik dalını ortaya çıkarmıştır.

Günümüzde elektronik, çok farklı dallara (endüstriyel elektronik, görüntü sistemleri, tıp elektroniği, dijital elektronik, iletişim, güvenlik…) ayrılabilecek hale gelmiştir.

Ancak elektronik iki kısımda incelenebilir:

1. Analog (örneksel) elektronik
2. Dijital (sayısal) elektronik

Analog devreler sürekli sinyal kullanan devrelerdir. Analog temelli devrelerde sinyalin değişimi şekil “1” de görüldüğü gibi küçük zaman aralıklarında olmaktadır. Yani, her an sinyalin değerleri farklıdır ve sonsuz sayıda ara değerler söz konusudur.

Dijital özellikli devrelerde gerilimin yavaş değişmesi, ona bağlı olarak devre akımının yavaş değişimi söz konusu olamaz. Dijital yapılı devrelerin sinyallerinde şekil 2’de görüldüğü gibi iki durum söz konusudur. Yani devreden akım geçmekte veya geçmemektedir. Anlatımlarda akımın geçme anı “1” ile, geçmeme anı ise “0” ile gösterilir. Sonuç olarak analog devreler ölçüp örnekler, dijital devreler ise sayar.

Sayısal devreler; ayrık sinyal kullanan devrelerdir. Sayısal devreler Boole cebrini kullanır ve bütün dijital bilgisayarların temelini meydana getirir.

Kullanım Alanları

Günümüzde elektronik aletler birçok alanda kullanılmaktadır. Elektroniğin dallarından bazıları:

Elektroniğin Dalları

• Haberleşme Elektroniği
• Otomasyon Elektroniği
• Tüketici elektroniği
• Sayısal Elektronik
• Analog Elektronik
• Tıp Elektroniği

 

 

 

 

 

Modbus, endüstriyel alandaki iletişim ihtiyacını karşılayan en eski seri iletişim protokollerinden biridir. Modbus aslında onun programlanabilir lojik kontrolörler PLC (Programmable Logic Controller) sektörünün ilk ve en güçlü imalatçılarından olan  Modicon firması tarafından (şimdi Schneider Electric) 1979 yılında geliştirilen Modbus, PLC’ler ile kullanılmak için geliştirilen bir seri haberleşme protokolüdür. Modbus akıllı bir cihazdır.

Modbus Haberleşme Nedir?

PLC sistemler arasında veri transferi ve bilgi alışverişini sağlayan standart bir iletişim protokolüdür. Cihazların haberleşmesi için geliştirilmiş bir protokoldür. Kolay ve hızlı, bütün üreticilere açık ve herkes tarafından telif ücreti gerektirmeden kullanılabilir bir protokol olması, günümüzde elektronik cihazlarda en yaygın kullanılan haberleşme protokolü olmasındaki büyük etkenlerden bazılarıdır. Birçok endüstri kuruluşundaki yapıda kullanılan bir protokoldür. Farklı yapılardaki cihazlar, Modbus ile haberleşebilmektedir.

Teknolojik olarak diğer standart iletişim protokollerinin yanında modbus günümüzde herhangi bir PC veya küçük bir mikroişlemci ile birlikte kullanılmakta ve mevcut pek çok endüstriyel sistemle iletişim kurabilmektedir (Anonim, 2004a). İstatistiklere göre dünya çapında 7 milyon endüstri kuruluşu, sistemleri içerisinde Modbus’u kullanmaktadır.

Modbus, çoklu sahip/köle (master/slave) sistemlerini izlemek ve aygıtları programlamak için akıllı cihazları (PLC, inverter vb.), algılayıcılar ve diğer aygıtları birbirleri ile haberleştirmek için veya alan içerisindeki cihazları uzaktan bilgisayar veya insan makine ara yüzleri ile kontrol edebilmek için kullanılabilir. Modbus, cihazlardan verilerin alındığı ve bu verilerin bir merkezde toplanabildiği bir endüstriyel ağ sistemidir.

Standart bir modbus ağında, bir adet sahip (Master) ile beraber 247 adet köle (Slave) aygıt bulunabilir. Bir önceki cümleden de anlaşılabileceği üzere köle cihazlar, 247 adet olabilir, adresleri de 1 ile 247 arasında verilebilir. Modbus ağında sahip aygıt, diğer köle aygıttan aldığı verilere göre yine köle aygıtları kontrol ettirebilir. Diğer bir ifade ile köle aygıtlar, içerisinden veri almayı ve bunlara veri yazmayı sağlayabilir.

Modbus Ne İçin Kullanılır?

Modbus açık bir protokol olduğu için farklı üreticiler, bu protokole uygun cihazları herhangi bir ücret ödemeden üretebilir ve bu protokolü kullanabilir.  Modbus endüstride standart bir iletişim protokolü durumuna geldi ve günümüzde yaygın olarak kullanılan endüstriyel elektrikli cihazların bağlantı noktasıdır. Birçok endüstri alanında çoğu üretici (firma) tarafından kullanılır.

Modbus cihazlandırma ve denetim aygıtlarından ana denetleyici veya veri toplama sistemlerine sinyal iletiminde kullanılır. Örnek olarak, bir sistem sıcaklığı ve nemi ölçer daha sonra sonuçları bilgisayara gönderir. Modbus, genelde merkezi denetim ve veri toplamada merkezi bilgisayarı, uzaktan bağlantı ünitesi’ne (RTU) bağlar. Modbus protokol sürümleri seri hatlar (Modbus RTU ve Modbus ASCII) ve Ethernet (Modbus TCP) için vardır.

Modbus Genel Özellikleri

Modicon programlanabilir kontroller, kendileriyle ve diğer cihazlarla çok çeşitli ağlar üzerinden haberleşebilirler.

MODBUS, haberleşme protokolünün OSI modelinin 7. seviyesindeki uygulama katmanıdır ve network üzerindeki çeşitli cihazlar arasındaki client/server haberleşmeyi sağlar.

MODBUS, istek / cevap protokolüdür ve fonksiyon kodları tarafından özelleştirilmiştir. MODBUS fonksiyon kodları istek/cevap birimi PDU’nun bir birimidir.

MODBUS, farklı ağ tiplerinde birbirleri arasında bağlanıp client/server haberleşme sağlayan mesaj protokolünün uygulama katmanıdır.

Modbus Nasıl Çalışır?

Modbus çalışma prensibi bir ana cihaz (master) ve ana cihaza bağlı bir veya daha fazla cihaz (slave) arasında aynı ağ üzerinde yapılan veri alışverişi üzerine kurulmuştur. Modbus cihazlar arasındaki seri hatlar üzerinden iletilmektedir. En kolay kurulum, iki cihaz, bir Master bir Slave, üzerindeki seri bağlantı noktalarını tek bir kabloyla bağlamaktadır.

Modbus, seri haberleşme standardını kullanır. Orijinal olarak Modbus, RS 232 (rs 232 to ethernet) seri haberleşme standardını kullanmaktadır. Ancak bu, sadece kısa mesafeler için geçerlidir. Uzun mesafeler için de rs 485 seri (rs 485 to ethernet) haberleşme standardını da kullanabilmektedir.

Modbus’ta veriler, bit olarak adlandırılan birler ve sıfırlardan meydana gelen seriler hâlinde gönderilmektedir. Veri aktarımı birler ve sıfırlar halinde, yani bitlerle sağlanır. Her bir bit, bir voltaj seviyesi olarak aktarılır.  Sıfırlar pozitif voltaj, birler ise negatif voltaj olarak aktarılır. Bu voltaj seviyeleri yani bitler, çok hızlı bir şekilde cihazlar arasında gönderilir. Bu hız, baud olarak adlandırılır (Örneğin 9600 baud “bit/saniye”).  İletim hızı genel olarak 960 baud’dur (saniyedeki bit miktarı). Birçok versiyonu olmasına karşın, en çok kullanılan versiyonu Modbus RTU ve Modbus TCP (modbus tcp protocol)/IP’dir.

Modbus RTU Nedir?

Modbus rtu: Modicon-Bus Remote Telemetri Unit kısaltmasıdır.

BauntRade, Node, Parity bağlantı özellikleri ile tarih-zaman formatını paket içerisinde bulundurmayan bir protokoldür, haberleşme yöntemidir. Haberleşilecek cihazların sonlandığını anlatmak için hattın sonuna bu protokolde’de 120 ohm direnç bağlanır.

MODBUS RTU Nerelerde ve Nasıl Kullanılır? 

Modbus rtu haberleşme: Kısa mesafe haberleşmede, 2 telli bağlantı ile kullanılır. Haberleşme
sırasında ne tip kablo kullanılır? 2 telli şilt (topraklı) kablo kullanılır. Kablonun özelliği iletkenliği iyi ve öz direncinin düşük olmasıdır. Bu özelliklere sahip bir kablo kullanılabilir. Standart (Modicon) kullanım 0.25 x 2 şiltli kablodur.

ModBUS alt dalları nelerdir? 2 çeşidi vardır. RTU, TCP/IP ve PLUS

Hangi PLC’ ler haberleştirilir? Katalogunda modbus protokolünü modbus poll destekleyen  bütün   enstrumanlar ile haberleşir. (örneğin; schneider ürünleri .)

Modbus protokolü (modbus rtu protocol) register yapısı 3x, 3x.bit (30000) verilerden okuma yapar, 4x, 4x.bit (40000) verilerden yazma yapar.

Modbus Veri Modeli

Modbus’ta veriler, dört farklı tablo içerisinde saklanır. Bu veriler ve Modbus adresleri aşağıdaki tablodaki gibidir. Bunlardan ayrık olanlara ON/OF değerleri kayıtlıdır (bobinler).

• İki çizelge on/off  durum değerlerini (coils), diğer ikisi de sayısal değerleri (register) saklar.
• Registerlerin ve bobinlerin sadece okunabilen veya hem okunup hem yazılabilen (biri read-only ve read-write) çeşitleri vardır.
• Her bir tablonun toplam 9999 değer vardır.
• Her bobin (coil) ya da kontak (contact) 1 bittir ve veri adresleri 0000 ile 270E arasındadır.
• Her bir register ise 1 kelime (word) =16 bit yani 2 byte’tır. Bunlarında data adresleri 0000 ile 270E arasındadır.

Örnek olarak; ilk holding Register, veri adresi 40001 numara 0000 arasındadır. Coil/Register numaraları mesajlarda gözükmezler bundan dolayı sistem adı olarak düşünülebilir. Veri adresleri ise mesajlarda kullanılırlar.

Bu iki değer arasındaki fark ise offset (sapma)’tir.

Her bir çizelge farklı bir offset’e sahiptir. 1, 10001, 30001 ve 40001.

Modbus Tester

Modbus tester programı kullanılarak modbus köle ile iletişimi test edilebilir.

4xxxx kayıtlar ve 0xxxx çıkışlar yazılabilir.

Veri birçok biçimleri (hex, bin, int) olabilir.

Bu sitenin amacı testi ve PC, Vista, 7, 8 veya 8.1 Windows XP çalıştıran modbus cihazlar taklit yüksek kaliteli, düşük maliyetli modbus yazılım sağlamaktır. Tüm yazılım zaman sınırlı deneme süresi ile programdır.

Modbus Poll köle cihazların test ve hata ayıklama için çok popüler modbus master simülatörü. Modbus RTU / ASCII ve Modbus TCP / IP desteği.

Modbus Slave 32 köle cihazları / adres alanları simüle etmek için bir köle simülatörü. Excel elektronik tablo kolay arayüzü için OLE Otomasyonu desteği.

WSMBT: C #, VB ve yönetilen C ++ için Modbus master NET kontrolü. Modbus TCP / IP desteği

WSMBS: Modbus master NET C #, VB kontrolü ve yönetilen C ++. Modbus RTU / ASCII destekler

MBAXP Excel, Visual Basic, Visual C ++, Delphi vb ActiveX denetimini kullanmak için kolay bir Modbus RTU / ASCII ve Modbus TCP / IP desteği.

 

 

Transistör veya geçirgeç yan yana birleştirilmiş iki PN diyodundan meydana gelen, girişine uygulanan sinyali yükselterek akım ve gerilim kazancı sağlayan, gerektiği zaman anahtarlama elemanı olarak kullanılan yarı iletken bir elektronik devre elemanıdır. Transistör çeşitleri arasında olan NPN transistör ve PNP transistör çalışma prensibi anlatılmaktadır.

NPN Transistör Çalışma Prensibi

NPN transistör yapısı iki N tipi yarı iletken madde arasına ince bir tabaka şeklinde  yerleştirilmiş P tipi yarı iletken beyz maddesinden meydana gelmektedir. İki N tipi madde arasındaki beyz tabakası elektron geçişini kontrol etme işlevi yapar. Transistörler geçen akımı denetleyerek küçük akımları büyütür veya küçük bir akım ile büyük bir alıcının çalışmasını sağlayabilir.

Şekilde görüldüğü gibi NPN transistörlerde, V_BB kaynağının artı ucu beyz kutbunu pozitif yüklerken Vcc kaynağının eksi ucu ise emiter kutbundaki elektronları yukarı iter. Sıkışan elektronlar beyz tarafından çekilir. Yani, emiterin iletim bandındaki elektronlar E-B gerilim setini aşarak beyz bölgesine girerler, ancak beyz bölgesi dar olduğu için emiter bölgesinden gelen elektronların yaklaşık %2 si beyz bölgesi tarafından çekilir. Geriye kalan %98 i kollektöre geçer.

Vcc kaynağının artı ucu elektronları kollektör bölgesine doğru çeker ve böylece elektron akışı devamlı hale gelir.  V_BB kaynağının verdiği beyz akımı devam ettiği sürece emiterden kollektöre elektron akışı sürer. NPN transistörlerde elektronlar yukarı, oyuklar ise aşağı doğru gider. Bu sebeple beyze uygulanan artı sinyal kollektörden emitere doğru akım geçirir. Emiter akımı beyz ve kollektör akımlarının toplamına eşittir.

PNP Transistör Çalışma Prensibi

Şeklimizde pnp transistör sembolü görülmektedir. PNP transistör yapısı NPN transistör yapısı ile aynıdır. Aralarındaki fark P tipi iki yarı iletken madde arasına ince bir tabaka şeklinde N tipi yarı iletken madde yerleştirilmiştir.

PNP transistörlerde VBB kaynağının eksi ucu beyz kutbunu negatif yüklerken Vcc kaynağının artı ucu da emiter bölgesindeki artı yüklü oyukları yukarı iter. Bu şekilde sıkışan artı yükler beyz tarafından çekilir ve buradan kollektör bölgesine geçer. Vcc kaynağının eksi ucu kollektör bölgesindeki oyukları kendine çektiği için oyuk hareketi bir devamlılık kazanır. VBB akımı devam ettiği sürece emiterden kollektöre doğru bu hareket devam eder. PNP transistörlerde elektronlar aşağı, oyuklar ise yukarı doğru gider. Bu sebeple beyze tatbik edilen eksi sinyal emiterden kollektöre doğru akım geçirir.

Transistör girişine uygulanan sinyali yükselterek gerilim ve akım kazancı sağlayan, gerektiğinde anahtarlama elemanı olarak kullanılan yarı iletken bir elektronik devre elemanıdır. Transistör çeşitleri, amaçlarına göre üç gruba ayrılır.

• Anahtarlama devre transistörleri
• Osilatör devre transistörleri
• Amplifikatör devre transistörleri

Transistörlerde yarı iletken maddelerin bir araya getirilmesinde çeşitli yöntemler kullanılır. Bu yöntemlere göre yapılan transistörler üç çeşittir.

• Nokta temaslı transistörler
•  Yüzey temaslı transistörler
• Alaşım veya yayılma yöntemi ile yapılan transistörler

Elektronik devreler de kullanılan transistörler yüzey temaslı transistörlerdir. Bu transistörler P ve N maddelerinin sıralanmasına göre iki tipte yapılır. Bunlar;

• PNP transistör
• NPN transistör

Transistörler bipolar transistörler ve unipolar transistörler olarak ayrılırlar. Bipolar transistörler de PNP ve NPN olarak iki çeşittir.

PNP tipinde base negatif emitter ve kollektör pozitif kristal yapısındadır. PNP
transistörler emitter montajında; emitter pozitif, collector negatif olarak polarize edilir. Base emittere göre daha negatif olduğu zaman transistör iletimdedir.

NPN transistör de base pozitif, emitter ve collector negatif kristal yapısındadır. Bu transistörler Emitter topraklı olarak kullanıldığı zaman, emitter negatif, kolektör (collector) pozitif olarak polarize edilir. İletimde olması için base, emittere göre daha pozitif olmalıdır. Buradaki gerilim farkı 0.7 (si) – 0.3 (ge) volt yada  daha fazla olmalıdır.

Piyasada satılan pek çok tip bipolar transistör vardır. Transistörler kullanılacağı zaman kesinlikle bacak bağlantılarını ihtiva eden bir transistör kataloğu kullanılmalıdır; çünkü aynı kılıf yapısı içeren iki transistörün bacak bağlantıları ayrı olabilir.

Bipolar transistörler genel olarak 2 ile başlayan 2N… 2SA…. 2SB….. 2SC… veya AC… BD… BUX…. BUW… MJ…. ile başlayan isimlerle anılırlar.

Günümüzde  transistör çeşidi ve sayısı arttığından bir transistör katalogu kullanmak zorunlu duruma gelmiştir.

2N3055 transistör, 2SA1122 transistör, 2SB791 transistör, 2SC1395 transistör, AC128 transistör, BD135 transistör, BUX80 transistör, BUW44 transistör, MJ3001 transistör gibi….

• A ile başlayan transistörler germenyumdur.
• B ile başlayan transistörler sislisyumdur.

2N3055 genel olarak güç transistörü olarak kullanılır. 2N3055 güç transistörü  modeli. NPN güç transistör karşılık 2n3773 veya voltaj düşükse bd142 de olur. Aynı zamanda kollektör de (collector’da) olan dış korumasını çıkartınca uygun ışıkta 0.7 volt gerilim, 300ma akım üreten güneş pili de yapılabilir 2N3055 ile.

Bu harfler, diyotlar için de bu geçerlidir, ikinci harfin anlamları;

• A : Diyot
• C : Alçak frekans transistörü
• D :Güç transistörü
• F : Yüksek frekans transistörü
• Y : Güç diyodu
• Z : Zener diyot

AC128 transistör, BC108 transistör, BC237 transistör, BC337 transistör, AF139 transistör, BF439 transistör, AD165 transistör, BD135 transistör, AA139 transistör, BY101 transistör gibi.

BC337 transistör özellikleri: Anahtarlama ve yükselteç (özellikle düşük güçlü çıkış katları) devrelerinde kullanılabilir. Kollektör-emiter doyum gerilimi (UCES): 50 V. Ters yönlü emiter-beyz gerilimi (UEB0): 5 V. Kollektör akımı (IC): 800 mA. Maksimum kollektör akımı (ICmaks): 1 A. Beyz akımı (IB): 100 mA. Güç harcaması (Ptot, Ptoplam): 625 mW. Jonksiyon sıcaklığı (Tj ): 150 °C.

Bazı transistörler kılıf içinde bir de diyot içerirler.

Bir P tipi transistör push-pull olarak kullanıldığı zaman, karakteristikleri benzer olan bir N tipi transistörle birlikte kullanılır, buna “complementary” tamamlayıcı transistör denir. MJ 2955 ile 2N3055 gibi.

Transistör firmaları tarafından imalatı yapılan, piyasada bulunan transistörler metal veya plastik kılıf içindedir. Transistörlerin en çok kullanılan kılıf şekilleri To-3 To-5 To- 12 To- 72 To- 92 To- 220’dir.

Transistör fiyatları transistör çeşitlerine, üretilen firmaya ve kalitesine göre değişkenlik gösterir.

Yarıiletken Güç Anahtarları

Güç Transistörleri

Güç transistörleri, kontrollu güç anahtarlarıdır. Üç esas yapıda bulunan bu transistörler;

• Çift polariteli, genel amaçlı transistör (BJT),
• Metal oksitli, alan etkili transistörler (MOSFET),
• Yalıtılmış kapılı transistörler (IGBT),

Bu çeşitlerin kendilerine ait özellikleri ve buna bağlı olarak kullanım alanları vardır.

Çift Polariteli Transistör (BJT)

Yapısı ve Çalışması

Elektronik alanında geliştirilen ve çok kullanılan elemanlardan birisi olan BJT, günümüzde çok alanda yoğun şekilde kullanılmaktadır.

Bu alanlardan bazıları;

• Sinyal üreteci (osilatör)
• Yükselteç
• Anahtarlama elemanı
• Mantık işlemcisi
• Alıcı-verici

olarak kullanılmaktadır.

Güç Transistörlerinin Uyarılması

Güç transistörleri, güç tristörlerinden farklı olarak çok kısa süreli palsler (iğne pals) yerine etkin peryodu değişebilen (PWM) kare dalgalar ile uyarılır.

Ayrıca güç transistörlerini yalıtıma geçirmek için ayrıca bir uyarma vermeye yada işlem yapmaya gerek yoktur. Güç transistörleri uyarı verildiği sürece iletime, uyarı kesildiği zaman ise yalıtıma geçerler.

Bu durumda güç transistörleri grubunda olan BJT, E-Mosfet ve IGBT’lerin uyarılabilmesi ve kontrol edilebilmesi için tasarlanacak olan uyarma devrelerinin, etkin peryodu %0 ile %100 arasında değiştirilebilen, istenilen frekans aralığında kontrol edilebilen kare dalga uyarma sinyalleri (PWM-kare dalga) üretebilmelidir.  Bu uyarma sinyallerinin, tristör grubu elemanları uyaran iğne palsler gibi, çalışılan şebeke ile senkronize (uyumlu) olmalarına gereksinim yoktur.

Güç transistörlerinin uyarılması için gerekli olan PWM uyarma sinyallerini üretmek için çeşitli elemanlar ve devreler kullanılmaktadır. Bu eleman ve devreler bu iş için özel olarak üretilmiş elemanlar ve devreler olabildiği gibi temel elektronikte kullanılan elemanlarla meydana getirilen devreler de olabilmektedir.

Bu elemanlar ve devreler tarafından üretilen PWM kare dalga sinyallerin, kontrol ettiği güç elemanını tam iletime yada yalıtıma geçirecek seviyede olması gerekir.

Bu durumda güç transistörlerini uyarmak için kullanılan uyarma elemanları ve devreleri,

• Analog uyarma devreleri,
• Sayısal uyarma devreleri,
• Entegre uyarma devreleri,
• PIC’li uyarma devreleri,
• Mikroi şlemcili uyarma devreleri,

olarak gruplandırılır.

Tüm bu devrelerin yapmaya çalıştığı tek iş PWM kare dalga üretmektedir.

 

Alternatif akımı doğru akıma dönüştürmenin en hızlı ve ekonomik yolu köprü diyotlardır. Köprü diyot girişine uygulanan alternatif gerilimi doğru gerilime dönüştürür.

Aynı yapıya sahip olan dört adet PN birleşmeli normal diyodun uygun şekilde bağlanması köprü diyot elde edilir. İki veya dört diyotlu köprü diyot çeşitleri vardır. Bağlantının kolay olması için giriş ve çıkış bacakları soket bağlantısı yapılabilecek şekilde dışarıya çıkarılır.

Diyot çeşitlerinden biri olan, iki diyotlu köprü diyotlar orta uçlu trafolu tam dalga doğrultmaç devrelerinin yapımında kullanılır. Üç bacaklı olan bu diyotların kenardaki bacaklarına AC uygulanıp, ortadaki bacaktan DC çıkış alınır. Günümüzde bu diyotlar çok az kullanılmaktadır.

Dört diyotlu köprü diyotlar dört adet doğrultmaç diyodu içeren dört bacaklı diyotlardır. Gövde üzerinde sinüsoidal (~) işareti bulunan bacaklar AC giriş uçlarıdır. (+) ve (-) işareti bulunan bacaklar ise DC çıkış konnektörleridir. Köprü diyotun üzerinde alternatif akım girişleri ve doğru akım çıkışları gösterilir. Alternatif akıma bağlandığı zaman tam dalga doğrultma yapılır.  Köprü diyotlar redresör devrelerinde doğrultmaç olarak kullanılır. Köprü diyot üzerinde diyodun özelliklerini gösteren harf ve rakamlar vardır. Aşağıda köprü diyot bağlantı şeması görülmektedir.

Örnek olarak; köprü diyot devresi üzerinde B20 C320 yazan bir köprü diyodun 20 voltta çalışacağı ve üzerinden geçebilecek maksimum akım 320 mA’ dir.

Köprü Diyot Sağlamlık Kontrolü

Köprü diyot nasıl ölçülür? Köprü diyot ölçümü yapılırken direnç kademesindeki avometrenin uçları köprü diyodun alternatif akım uygulanan uçlarına değdirilir. Avometre ibresi büyük bir direnç gösterir yada hiç sapmaz. Uçlarını yer değiştirdiğimizde  bile sapma görülmez.

Tekrar avometrenin uçları köprü diyodun doğru akım alınan uçlarına değdirilir. Avometre uçları yer değiştirilerek yapılan ölçmelerin birinde ibre sapması, diğerinde sapmaması görülmelidir. Bu halde köprü diyot sağlamdır. Aksi halde köprü diyot bozuktur. Ayrıca bu metodla diyodun alternatif akım ve doğru akım uçları da belirlenebilir.

Köprü diyot sağlamlık testi için dijital ölçü aleti kullanıldığında diyot kademesi ile de test yapılabilir. Dışarıya çıkan her bacak, içeride bir diyot ile diğer bacağa bağlıdır.
Diyot ölçer gibi tek tek bacaklar arası diyotlara bakılıp sağlıklı bir ölçüm yapılabilir.
Altarnatif akımı doğrultma, köprü diyotlarla yapılabildiği gibi tam dalga, yarım dalga olarak da diyotlar ile yapılabilir.

Köprü diyotlar sadece iki giriş iki çıkıştan meydana gelmez. 3 faz köprü diyot (trifaze köprü diyot) da kullanılır.

Yarım Dalga Doğrultma Devresi

Yarım dalga doğrultma devresinde tek doğrultma diyodu kullanılır. Bir diyotlu yarım dalga doğrultma devresi, AC’ yi DC’ ye çeviren tek diyotlu devredir. Yarım dalga   doğrultma devresinde çıkış sinyali tam düzgün olmaz. Transformatörlerin çıkışında değişen dalgalı bir akım vardır. Transformatörün çıkışındaki değişken akım, pozitif ve negatif olmak üzere iki alternanstan oluşmuştur. Diyotlar tek yönlü olarak akım geçirdiği için transformatörün çıkışındaki sinyalin sadece bir yöndeki alternansları alıcıya ulaşır. yarım dalga doğrultma devresinin çalışmasını bu şekildedir.

Şekildeki devrede gibi transformatörün üst ucundaki (A noktası) sinyalin polaritesi pozitif olduğunda diyottan ve alıcı üzerinden akım geçer. Transformatörün üst ucundaki sinyalin polaritesi negatif olduğunda ise diyot akım geçirmez. Alıcıdan tek yönlü akım geçişi olur.Yarım dalga doğrultma devrelerinde çıkıştan, transformatörün verebileceği gerilimin yaklaşık yarısı kadar (Vçıkış = 0,45*Vgiriş) bir doğru gerilim alınır. Bu sebeple bir diyotlu yarım dalga doğrultma devreleri küçük akımlı (50-250 mA) ve fazla hassas olmayan alıcıların (oyuncak, mini radyo, zil vb.) beslenmesinde kullanılır. Yarım dalga doğrultma devrelerinde çıkıştan alınabilecek doğru akımın değeri ise,

Içıkış = 0,45*Igiriş olmaktadır.

(Igiriş: Transformatörün sekonder akımının etkin değeridir.)

Köprü Tipi Tam Dalga Doğrultma

Köprü tipi doğrultma devresinde 4 adet doğrultma diyodu kullanılmıştır. AC’yi en iyi
şekilde DC’ye dönüştüren devredir. Her türlü elektronik cihazın besleme devresinde karşımıza çıkar. Resimlerde verilen devrede görüldüğü gibi transformatörün sekonder sarımının üst ucunun (A noktası) polaritesi pozitif olduğunda D1 ve D3 diyotları iletime geçer. Akım, RY üzerinden dolaşır.

Yukarıda köprü tipi diyot tam dalga doğrultma devre şemasında görüldüğü gibi trafonun sekonder sarımının alt ucunun (B noktası) polaritesi pozitif olduğu zaman D2  ve D4
diyotları iletime geçer ve RY üzerinden akım dolaşır. Çıkıştan alınan DC gerilim, girişe uygulanan AC gerilimin 0,9’u kadardır.

Vçıkış = 0,9*Vgiriş olur.

Devrenin çıkış akımı ise; Içıkış = 0,9*Igiriş kadardır.

NOT: İnvertör ile çalışan elektrik motorların balataları varsa ve balata kontrolü köprü diyot ile yapılacaksa inverterin  çıkışına köprü diyot bağlamamalıdır. Çünkü cihaza zarar verir. Balatalı elektrik motorlar normal şebeke ile çalışırken köprü diyotlar direk motorun klemensine bağlanır. AC sürücü ile çalışan motarlarda bu şekilde bağlantı yapılmaz. Balata için ayrı bir hat ve ayrı besleme sistemi kurulması gerekir. Aksi taktirde hız kontrol cihazı yanabilir.

Köprü diyot imalatı yapan çeşitli firmalar vardır. Her firmanın ürettiği diyodun kalitesine göre diyot fiyatları değişir.

 

Teknik elemanlar hızlı sanayileşmenin, ekonomik, sosyal ve kültürel kalkınmanın en önemli faktörüdür. Hızlı ve sürekli üretim, yeterli montaj, işletmeye alma, bakım ve onarım teknik elemanların aynı dili kullanmaları ile sağlanır. Yapılan işin istenen özelliklerde olması teknik elemanların, elektrik devre şemalarını eksiksiz okuma ve bunu birebir uygulamaları ile sağlanır.

Bundan dolayı  soğutma ve iklimlendirme elektrik devre elemanlarının sembollerini çizimlerinde ülkelerin standart sembolleri ile gösterilir. Bu sembollerin birbirlerine birleştirilmesi sonucu da elektrik devre şemaları elde edilir.

Çevremizdeki elektronik cihazların her yeni gün, insan ihtiyaçlarına daha hızlı ve daha kolay yanıt verecek modelleri tasarlanmaktadır. Tasarlanan her yeni model boyutları ve işlevleri bakımından bir önceki modellerine göre daha üstün özelliklere sahiptir. Bu cihazlarda kullanılan malzeme teknolojisinin sürekli gelişmesi, bu yenilenmeyi hızlandırmaktadır.

Elektronik teknolojisinde yaşanan gelişmelerle beraber elektronik devreler, elektrik   sinyallerini işleme özelliğine göre analog ve sayısal sistemler olarak ayrılmaktadır. Zaman eksenine göre sonsuz sayıda değer aralığına sahip analog elektrik sinyallerinin her anında tepki gösterebilen devre elemanları “Analog Devre Elemanları” olarak adlandırılabilir. Analog devre elemanları direnç, kondansatör, bobin, diyot ve transistör gibi yarı iletkenlerden meydana gelir.

Çeşitli analog ve sayısal elektronik sistemlerde farklı boyutlarda ve elektriksel özelliklerde karşımıza çıkan elektrik elektronik alanındaki bu devre elemanlarını tanımak, ihtiyaca uygun malzeme seçimi yapmak ve iyi kullanabilmektir.

Elektrik Devresi ve Elektronik Devre Elemanları

Elektronik devre elemanları da kendi aralarında gruplara ayrılırlar.

• Pasif Devre Elemanları
• Aktif Devre Elemanları

Pasif Devre Elemanları

• Dirençler
• Kondansatörler
• Bobinler

Aktif Devre Elemanları

• Diyotlar
• Transistörler
• Entegre devreler

Yarı İletkenli Elektronik Devre Elemanları

• Diyot
• Zener Diyot
• Tünel Diyot
• Varikap diyot
• (Şotki) Schottky Diyot
• Led Diyot
• İnfraruj Led
• Fotodiyot
• Optokuplörler
• Transistör
• Triyak
• Kondansatör
• Diyak

Elektronik Devre Elemanları ve Görevleri 

Devre şeması çizerken, devre şemalarını doğru şekilde anlamak için elektronikte kullanılan devre elemanlarının projelerde ve elektronik devre şemaları sembolleri .

Devre Elemanları ? Devre elemanları, bir elektrik devresinin meydana gelmesini sağlayan parçaların genel adıdır. Pil, kablo, ampul, ve anahtar birer devre elemanıdır.

Elektrik Devresi: Direnç, kondansatör, iletim hatları, güç kaynağı gibi çeşitli devre elemanlarının bir araya gelerek oluşturduğu devrelere verilen isimdir.

Pil Nedir? Bir elektrik devresinin enerjisini sağlayan araca pil denir.

Pil Yatağı: Pilin yerleştirildiği yerdir. (+) ve (-) kutupları pil yatağı üzerinde bulunur.

Lamba (Ampul): Pilden aldığı elektrik enerjisini, ışık enerjisi olarak yansıtan elektrik devre elemanlarıdır.

Bağlantı Kablosu: Devredeki elemanlar arasındaki bağlantıyı ve elektriğin iletilmesini sağlayan, iletken madenlerden (Bakır, demir, gümüş, altın vb.) yapılan tele denir.

Anahtar: Devreden geçen akımın kesilmesini veya açılmasını sağlayan devre elemanıdır. Resimde anahtar sembolü, anahtarın fiziksel görünümü.

Duy: Ampul duy üzerine yerleştirilir. Duy kablo ile ampul arasında gerçekleşecek olan elektrik akımını sağlar.

Ampermetre: Bir elektrik devresinden geçen elektrik akımının şiddetini ölçen aletdir. Bağlı bulunduğu tesisin akım şiddetini ölçmekte kullanılır. Ampermetre devreye seri bağlanır.

Voltmetre: Devrenin herhangi iki noktası arasındaki potansiyel farkını (gerilimi) ölçmek için kullanılan elemandır. Voltmetre, potansiyel farkı ölçülecek iki nokta arasına paralel bağlanır.

Multimetre: Akım, voltaj (gerilim) ve direnç değerlerini ölçmeyi yarayan alete multimetre denir.

Üreteç: Elektrikli devrede kullanılan pil, akü, batarya, güç kaynağı gibi elektrik kaynaklarına üreteç denir.

Batarya: Devreye birden fazla üreteç bağlanmasına batarya denir.

Pasif Devre Elemanları

Pasif devre elemanları, tek elementten imal edilen, görevini yaparken herhangi bir enerjiye (voltaja) ihtiyaç duymayan elemanlardır. Pasif devre elemanları, genel amaçlı elemanlardır. Her elektronik devrede bulunurlar. Bu elemanları genel yönleri ile tanımak gerekir. Böylece amaca uygun olarak kullanılmaları için yeterlidir.

Direnç: Elektrik akımının akışına direnç gösteren, bu esnada Ohm kanununa göre uçları arasında gerilim düşümüne sebep olan devre elemanına direnç  denir. Dirençler, karbon, karbon metal gibi maddelerden yapılan elemanlardır. Direnç üzerinden akım geçmeye başlayınca görevini yerine getirmeye başlar. OHM kanunu doğrultusunda elde edilmesi gereken tüm değerlere ulaşılır.

Kondansatör: İki iletken levhanın dielektrik (yalıtkan) bir ortamda yanyana gelmesi ile yapılır. Devrede bulunan gerilim durumuna göre, kapasite özelliklerini ve değerlerini ortaya çıkarırlar. Resimde elektrolitik kondansatör sembolü, elektrolitik kondansatörün  fiziksel görünümü.

Bobin: Bobinler iletkenlerden yapılır. Bobin kullanıldığı devrede elektromanyetik özelliklerini yerine getirir. Resimde bobin sembolü, bobinin  fiziksel görünümü.

Aktif Devre Elemanları 

Aktif devre elemanları, en az iki veya daha fazla elementten imal edilir. Çalışmaları ve beklenen özellikleri yerine getirmeleri için enerjiye (voltaja) ihtiyaç duyan devre elemanlarıdır. Tek başlarına kullanılsalar (diyotlar gibi) bile verimli ve hesap edilebilir bir devre için pasif devre elemanlarına ihtiyaç duyarlar. Aktif devre elemanları, özel amaçlı elemanlardır. Kullanılacak devrenin özelliğine göre, aktif devre elemanlarının özellikleri ve türleri de değişmektedir.

Diyot: P ve N özellikli iki farklı kristal elemanın belli bir ölçüde bir araya getirilmesiyle meydana gelir. Diyotlar devreden akımı tek yönde geçiren devre elemanıdır. Resimde diyot sembolü, diyotun fiziksel görünümü.

Transistör: Yarı iletken malzemeden yapılmış elektronik devre elemanıdır. Transistörlerin yapısında P ve N yarı iletken kristal yapılar kullanılmıştır. Diyotun yapısına benzer  ama çalışması ve fonksiyonları diyottan farklıdır. Tristörler, triyaklar ve bunları tetikleyenler gibi endüstriyel amaçlı devre elemanlarıdır. Resimde transistör sembolü ve transistörün fiziksel görünümü.

Entegre Devreler: Çip, mikroçip, yonga, kırmık, tümleşik devre, entegre devre, (tümdevre) gibi birçok ismi ve çeşidi bulunan entegreler yarı iletken maddeler ile tasarlanmış ince bir ya da birkaç yüzey üzerine yerleştirilmiş bir elektronik devredir. Entegre devreler, aktif ve pasif elemanlarla yapılmış, kullanımı ve çalışma biçimi özel olan devre elemanıdır. Elektronik devre tasarımı yapılırken bu devreler küçük boyutlu, hafif ve kullanım kolaylığı ile günümüzün modern elektronik sektöründe çok önemli bir yeri vardır. Oyuncaklardan bilgisayarlara kadar geniş bir alanda kullanılmaktadır.

Üretici firmalar tarafından imalatı yapılan elektronik devre elemanları fiyatları marka, model ve kalitesine göre farklıdır.

 

Potansiyometre, dışardan fiziksel müdehalelerle değeri değiştirilen dirençlerdir. Potansiyometrelerin daha güçlü daha yüksek akım değerine sahip olana reosta denir. Potansiyometreler daha çok karbon veya karbon içerikli direnç elemanlarından yapılır. Reosta ise krom-nikel direnç tellerinden yapılır. Potansiyometre devrelerde akımı sınırlamak ya da gerilimi bölmek amacı ile kullanılır.

Potansiyometre (Pot olarak da adlandırılır). Ayarlama işlemi potansiyometre üzerindeki ayar kolu (şaft) aracılığıyla yapılır. Böylece elektronik cihazlarda elektirik seviyesinin kullanıcı aracılığıyla ayarlanması istenen her durumda potansiyometre kullanılır. Potansiyometre (ayarlı direnç) bir (reosta) çeşididir. Potansiyometre en basit anlamı ile bir tür sürgülü dirençtir. Diğer direnç çeşitlerinden farkı direnç değeri değiştirilebilir olmasıdır. Sürgülü potansiyometre direnç değeri oldukça yüksektir.

Potansiyometre; belli bir elektromotor kuvvet (EMK) sayesinde, belli olmayan bir pilin elektromotor kuvvet (EMK) ‘sını tayin etmekte, direnç ve akımların ölçülmesinde kullanılır. Potansiyometre çok duyarlıdır. Bu duyarlılıktan dolayı ampermetre, voltmetre ve ohmmetre gibi ölçü aletlerinin taksimatlandırılmasında ve taksimatlı aletlerin, hatalarının tayininde de kullanılır.

Potansiyometrenin Yapısı

Potansiyometre üç ayaklıdır. Bu bacakların ikisi iç yapısında sabit, fakat üçüncü bacak ise iç yapısında hareketli bir yapıya sabittir. Bu hareketli yapı sayesinde sabit diğer iki bacaktan sürekli değişen bir voltaj çıkışı alınabilir. Ayarlı orta uç, direnç üzerinde gezinir. Direnç değerinin değiştirilmesi yoluyla gerilim bölme, başka bir ifadeyle de çıkış gerilimini ayarlar. Devre direncinin sık aralıklarla değiştirilmesi gereken ortamlarda kullanılır. Potansiyometre radyo vb gibi cihazlarda sesin açılıp kapanmasını sağlar.

Sembol de görüldüğü gibi potansiyometre devresi üç ayaklıdır. A-B arası direnç sabittir, A-C ve B-C arası direnç ayarlanabilir.

R_AB = R_AC + R_BC    Denklem 1.1

Direnç değeri değişimi, elle değiştirilecekse bu işlem ince ayar çubuğu yardımıyla yapılır. Potansiyometrelerin güçleri düşüktür. Elektronik devrelerde kullanılmaya uygundur. Potansiyometrelerin montajı, cihazların ön paneline yapılır.

Potansiyometre Nasıl Bağlanır?

Kullanım amacına göre potansiyometre bağlantısı iki farklı yöntemle yapılır.

1-) Orta ayak kontrol edilecek noktaya ve yan ayaklar iki ayrı noktaya bağlanır. Böylece iki ayrı noktanın elektrik seviyesi kontrol edilebilir. Şekilde kullanım örneği   gösterilmektedir.

İki ayrı noktanın gerilim seviyesini değiştirmeyi sağlayan bağlantı yöntemi

2-) Yan ayaklardan biri ile orta ayak birleştirilirek iki ayaklı ayarlanabilir bir direnç elde edilir. Bu durumda potansiyometre seri bağlı sabit değerli bir direnç kullanılmalıdır. Aksi durumda potansiyometre direnci 0 ohm’a çekildiği zaman bağlı olduğu noktadan çok yüksek akım geçebilir. Şekilde kullanım örneği gösterilmektedir.

İki yan ayağı arası ayarlanabilir direnç

Potansiyometre Çeşitleri

Başlıca potansiyometre çeşitleri şunlardır;

• Lineer Potansiyometre
• Logaritmik Potansiyometre
• Çok Turlu Potansiyometre

Lineer Potansiyometreler

Doğrusal bir düzlem üzerine montajı yapılan direnç çeşididir. Lineer potansiyometreler de direnç değeri doğrusal olarak değişir. Potansiyometre milinin çevrilme açısına göre aşağıdaki şekildeki gibi direnç değeri 0′dan itibaren doğrusal bir şekilde artar. Bu artış ile elektronik bir devrede doğrusal bir şekilde voltaj kontrolü sağlanabilir. Doğrusal potansiyometre de şaft dönüşü ile direnç değişim yüzdesi eşit aralıklarla artıp azalır.   Resimde lineer sistemli bir potansiyometre iç yapısı görülmektedir. Altta ise potansiyometrenin hareketli milinin pozisyonuna göre verdiği çıkışı sembolize eden bir grafik yer almaktadır.

Logaritmik (Dairesel) Potansiyometreler

Dairesel bir düzlem üzerine montajı yapılmış bir direnç çeşididir. Lineer potansiyometre çeşidinden farkı direnç değeri logaritmik bir düzen de artmaktadır.

Logaritmik potansiyometreler de direnç değişimi şaftın dönme açısıyla doğru orantılı değildir. Anti-logaritmik ve logaritmik olarak iki çeşittir.

Logaritmik potansiyometreler de şekilde görülüğü gibi mili çevirirken 180°’ye kadar şaft değişimine oranla direnç değişimi düşük, 180°’den sonra büyüktür. Anti-logaritmik potansiyometrelerde ise önce direnç değişim büyük, sonra direnç değişimi düşüktür.

Çok Turlu Potansiyometreler

Belli bir dönüş mesafesi olmayan potansiyometredir. Bunun dışında direnç ayarının kademeli olarak yapıldığı potansiyometreler vardır. Çok turlu potansiyometrelerde, her 360° bir turdur. Hassas ayar yapılan ortamlarda kullanılır. Tur sayısı artarsa hassasiyette artar.

Dijital Potansiyometre

Dijital potansiyometre mikrodenetleyci tasarımlı olarak gelişmiş cihazlardır. Endüstride 0-10V veya 0/4-20mA gibi analog sinyal kaynaklarına ihtiyaç duyulan yerlerde kullanılır. Dijital potansiyometrenin analog çıkışı ön panelde bulunan tuşlar ile ayarlanır. Analog çıkış değeri dijital olarak ayarlanabilir.Çıkış değerini ayarlanan seviyede sabit tutar. Alt ve üst sınır değerleri verilerek belli aralıkta çalışması sağlanır. Enerji kesilip geri geldikten sonra  kaldığı değerden devam ettiği gibi ayarlanan bir değerden başlayabilir. Kullanılması son derece kolay ve basittir.  

İpli Encoder ve Potansiyometre

Paslanmaz çelik bir halat ve bu halatın sarılı olduğu bir makaraya bağlanan potansiyometre halatın açılma miktarına göre elektriksel sinyal verir. Böylece mesafe ölçümü yapar. Potansiyometre, 4-20mA, 0-10V, SSI, Encoder, Can bus, Profibus gibi çıkışları olan modelleri mevcuttur.

İpli enkoder ‘ler özellikle adetli kullanımlarda uygun fiyatlı ve kaliteli çözüm olmaktadır. Çok telli, sarmallı ve ince paslanmaz çelik ipi sayesinde bükülmeden ve kırılmadan uzun süre kullanım olanağına sahiptir. İpli enkoderlerin montajı çok kolaydır. Potansiyometre çıkış ve encoder çıkışı opsiyonu birçok farklı uygulama da çözüm sunabilir.

Kullanım Alanları

Potansiyometre elektrik ve elektronik devrelerde voltaj kontrolü amacı ile kullanılmakla beraber gerilim bölücü olarakta kullanılmaktadır. Dimmer devreleri ve basit motor kontrol devreleri buna örnek gösterilebilir. Bazende akım kontrolü amacıyla da kullanılmaktadır. Potansiyometre pozisyon algılama sensörü olarak ta kullanılabilir. Ama bu halde hassas bir ölçüm için başka bir elektronik devre ile kontrol edilmelidir. Potansiyometre imalatı üretici firmalar tarafından ihtiyaca göre imal edilmektedir.

Elektronik potansiyometre şu amaçlar için kullanılırlar;

• Ön ayar için
• Genel amaçlı kontrol için
• İnce ayarlı kontrol için

Potansiyometrenin Avantajları

• Diğer voltaj ayarlama için kullanılıcak elemanlara oranla düşük maliyet olarak potansiyometre fiyatları daha ucuzdur.
• Potansiyometrenin kullanımı kolaydır.
• Kullanım amacına göre teknoloji açısından kolay anlaşılabilir durumdadır.

Potansiyometrenin Dezavantajları

• Kullanımdan dolayı iç parçalarında zamanla aşınmalar oluşmaktadır. Potansiyometrenin hassasiyeti düşüktür.
• Yenilenebilirlik özelliği düşüktür.
• Sınırlı Frekans Cevabı;( bir devrenin herhangi bir frekans spektrumundaki kazancının grafiğe dökülebilmesi, hangi frekansta ne kadar kazanç olduğunun bilinmesidir).

 

 

Kutupsuz iki uca sahip olan çift yönlü çalışabilen tetikleme diyoduna diyak denir. Diyak ( DİAC) kelimesi “Diode Alternative Current Switch” kelimelerinin baş harflerinin biraraya gelmesi ile oluşmuştur.

Tetikleme ucu olmayan iki tristörün birleşmesinden diyak elde edilir. Dİyak iki yönde de iletime geçebilen bir alternatif akım anahtarlama diyodudur. Diyak hem doğru polarmada hem de ters polarmada iletime geçebilen yarı iletken ve tamdalga anahtarıdır. Endüstriyel elektronik devreler de, elektronik uygulamalarında triyakları tetiklenme  amacıyla alternatif akım anahtarlamasında diyaklar çok sık kullanılır. Gety uçları kullanılmayan ve birbirine ters paralel bağlı iki tristör gibi veya geyt ucu olmayan triyak gibi de denilebilir. İletime geçme gerilimleri sabit olduğu için gerilim kontrolü anahtar olarak da kullanılır.

Diyak triyakın geytine seri bağlanarak kullanılır. Diyaka uygulanan voltaj belli bir değeri geçince,  triyakı ateşler yani tetikler. Bu her iki akım yönünde de gerçekleşir. Yani diyak alternatif akımda kullanılabilir.

Diyak Yapısı Nasıldır?

Diyak; yarı iletken özelliğe sahip, silisyumdan yapılmış iki uçlu ve dört bölgeli bir elektronik devre elemanıdır. Yapı olarak diyoda benzer. Diyot iki bölgeli bir yarı iletken elemandır ve diyak ise birbirine ters bağlanmış iki adet paralel diyot gibidir. Diyotlara benzemekle beraber diyotların aksine her iki yönde akım geçirecek şekilde iki adet PN.PN diyodun birbirlerine ters yönlü olarak paralel bağlanmasıyla meydana gelir. Diyak her iki yönde de iletime geçebilen bir zener diyot gibi çalışır.

Diyak Nasıl Çalışır?

Diyak’ın kırılma ( geçirme ) gerilimi 24 – 36 volt imal edilir. Eğer bu gerilimlerin altında olursa diyak yalıtımdadır. Akım geçirmez. A1ve A2 uçlarının devreye bağlanma şeklinin bir önemi yoktur. Her iki şekilde de bağlanabilir. Diyak çalıştığı zaman A1 pozitif ise akım A1’den A2’ye doğru akar. A2 pozitif ise akım A2’den A1 yönüne doğru akar. Bu halde diyak her iki yönde de iletime geçebilen bir yarı iletken elemandır. Diyotlarda iletime geçme gerilimi 0,7V civarında iken diyakta iletime geçme gerilimi üretildiği amaca göre 10V ile 80V arasında değişir.

Diyak üzerinden geçecek maksimum akım değeri Imax = 2 amper civarındadır. Diyak üzerinden geçecek akım değeri Imin değerinin altına düştüğü zaman diyak yalıtıma geçer yani akım geçirmez. Diyak üzerinden sadece sızıntı akımı geçer. Bu sırada uçları arasındaki direnç 100-500 KΩ arasındadır. Uçlarındaki potansiyel farkı ateşleme gerilimine ulaştığı anda diyak iletken olur. Ama iletime geçer geçmez, diyak’ın uçlarındaki gerilimde bir azalma görülür. Bu azalma değeri diyak geriliminin yaklaşık %20’si kadardır.

Diyak’ın üzerine uygulanan gerilim diyak geriliminin altına da düşse diyak yine de iletimde kalır. Fakat diyak’a uygulanan gerilim azalma anından sonraki gerilim seviyesinin altına düşürüldüğünde diyak yalıtıma geçer. Diyak iki yöndeki uygulanan polarmalarda da aynı tepkiyi verir. Diyak’ın bu özelliklerinden dolayı alternatif akımda da kullanılabilir.

Diyak’ın gerilim akım grafiği şekilde görüldüğü gibidir.

• Imax = Diyak üzerinden geçirilebilecek maksimum akım
• Imin = Diyak’ı iletimde tutacak en az akım
• Umax = Diyak’ın iletime geçeceği (kırılma ) gerilim
• Umin = Diyak’ın yalıtıma geçeceği gerilim sınırı

Özellikleri

Diyak, bir sinyali (akımı) belli bir seviyeye kadar (her diyak belli bir geçirme gerilime sahiptir) geçirmez. Yani uçlarına uygulanan gerilim 20 –45 Volt arasında olduğunda iletken duruma geçer. Diyağa ihtiyaç duyulmasının nedeni her iki yönde ve istenilen   gerilim seviyesinde iletime geçebilecek bir eleman olmasıdır. Bu özelliğinden dolayı tristör ile triyakların sürülmesinde ve kırpma devrelerinde gate tetikleyicisi olarak kullanılır.

Diyakların Kullanım Alanları

Diyaklar, bir elektrik ışık kaynağını dim etmede (parlaklığını ayarlamada), darbe osilatörü olarak, motor kontrol sistemlerinde, ısı kontrol sistemlerinde, tristör ve triyakların tetikleme devrelerinde kullanılır. Birçok sistem yarı iletken triyak ile düzenlenir iken, triyakların tetiklenmesinde diyak’lar kullanılır.

Diyak Sağlamlık Kontrolü

Diyak’ın sağlamlık kontrolünü avometre ile yaparken, ölçü aletinin omaj kademesinde alınır. Kırmızı ve siyah uçlar diyağın iki ucuna rastgele temas ettirilir. Daha sonra uçlar kendi aralarında yer değiştirilir. Her iki yönde yapılan ölçümde yüksek direnç gösterir. Eğer diyak arızalı ise her iki yönde de düşük direnç ölçülür. Güvenilir sağlamlık kontrolü yapmak için diyak devrede, iletimde ve yalıtımda iken yapılacak ölçümle veya basit bir triyak tetikleme devresinde iken deneyerek yapılmalıdır. Her iki yönlü ölçümde yüksek direnç okunursa diyak sağlamdır.

Sağlam bir diyak her avometre ile diyot kademesinde ölçüm yapıldığında her 2 yönde de yalıtımda olur. Daha kesin bir sağlamlık testi için, diyaka gerilim vermeli ve avometre ile ne zaman iletime geçiyor ne zaman kesime gidiyor bakılmalıdır.

Diyaklı Pals Üretici Devre

Şekildeki a ve b’ de diyakla yapılan osilatör devresinde DC akımın kutbuna göre diyak pozitif ve negatif darbeler oluşturur. Devredeki kondansatör R1 direnci üzerinden şarj olur. Kondansatör uçlarındaki gerilimin değeri diyak iletim gerilimine eşit olduğu zaman diyak iletime geçer. Bu durumda kondansatörü R2 direnci üzerinden deşarj eder. Kondansatör üzerindeki gerilim değeri diyak iletim geriliminden küçük olduğu anda diyak yalıtıma geçer, bu şekilde pozitif ve negatif darbeler oluşur.

Anlatılanlar doğrultusunda diyak, darbeler üreterek tetikleme elemanı olarak kullanılan bir yarı iletkendir.

Diyak fiyatları, diyak üretimi yapan üretici firmalara göre değişkenlik göstermektedir.