Ünite 2: Temel Elemanlar ve Güç Kaynakları

Giriş

Temel devre elemanları aktif ve pasif devre elemanları olarak sınıflandırılır. Pasif devre elemanları; direnç, bobin ve kondansatördür. Aktif devre elemanları arasında yarıiletken yapılı diyot, transistör, fet, mosfet ve tristör yer alır.

Pasif Devre Elemanları

Pasif devre elemanları, gerilim uygulandığında enerji harcayan ya da enerji depolayan devre elemanlarıdır.

Direnç

Elektrik akımına karşı gösterilen zorluğa direnç adı verilir. Her maddenin düşük ya da yüksek bir elektriksel direnci vardır ve birimi ohm’dur. Dirençler R ile gösterilir. Şekil 2.1’de direnç sembolü ile örnek bir direnç görülmektedir.

Sabit Değerli Dirençler

Devre akımını ya da gerilimini belirli bir değerde sabitlemek amacıyla kullanılan, direnç değerinin değişmediği elemanlara “sabit direnç” denir. Sabit direnç için kullanılan iki tür devre sembolü vardır. Şekil 2.2 (a)’da sabit direnç sembolleri ve (b)’de örnek bir sabit direnç görülmektedir.

Ayarlı Dirençler

Direnç değerinin istenilen değerde ayarlanabildiği dirençlerdir. Böylece bağlandıkları noktanın gerilimini bölme ya da bağlandıkları noktadan geçen akımı ayarlama imkânı olur. Üç tip ayarlı direnç vardır:

• Trimpot
• Potansiyometre
• Reosta

Ortam Etkili Dirençler

Direnç değeri çeşitli fiziksel büyüklükler etkisiyle değişen dirençlere “ortam etkili direnç” denir. Üzerine uygulanan ısı, ışık ve gerilim gibi etkilerle direnç değişimi sağlanır. Ortam etkili dirençler üç tiptir:

• Işık Etkili Dirençler (LDR)
• Isı Etkili Dirençler (NTC, PTC)
• Gerilim Etkili Dirençler (VDR)

Kondansatör

Kondansatör, iki iletken levha arasına yalıtkan bir madde (dielektrik madde) konmasıyla elde edilen ve elektrik enerjisini kısa süreli depo etmeye yarayan bir devre elemanıdır. Şekil 2.7’de kondansatör sembolü ve örnek kondansatör görülmektedir. Kondansatörün yüklenebilme özelliğine kapasite (sığa) denir ve C ile gösterilir. Kapasite değerinin birimi Farad’dır.

Kondansatör elektronik devrelerinin vazgeçilmez bir parçasıdır. Bilgisayardan beyaz eşyaya kadar tüm elektrik/elektronik devrelerinde yaygın olarak kullanılır. Güç kaynağı devrelerinde tam doğrultulmuş doğru akımın elde edilmesinde filtre elemanı olarak kullanılabildiği gibi, alıcı ve verici devreleri ile, osilatör devrelerinde frekansı belirleyen temel eleman olarak kullanılır. (Osilatör belli bir frekans, genlik ve dalga biçiminde sinyal üreten devrelerdir).

Bobin

Bobin, dış yüzeyi yalıtılmış bakır iletkenlerin bir nüve üzerine sarılmasıyla elde edilir. Bobinler elektrik enerjisini manyetik enerji olarak çok kısa süreli depo eder. Şekil 2.8’de bobin sembolü ve örnek bobinler görülmektedir.

Bobinin oluşturduğu manyetik alanın kendi üzerinde oluşturduğu bu gerilime zıt EMK denir. Bobin zıt EMK nedeniyle akımın geçişini geciktirir. Bobinlerin büyüklük değeri, endüktans olarak adlandırılır. Bobinin sembolü L, birimi Henry (H)’dir. Henry çok büyük bir birimdir ve uygulamada daha çok askatları kullanılır.

Transformatör

Transformatör, elektromanyetik indüksiyon prensibiyle çalışan bir devre elemanıdır. Yapısal olarak transformatör; bir nüve üzerine sarılan, primer ve sekonder olarak adlandırılan iki adet sargıdan oluşur. Bu sargılar; dışı yalıtılmış bakırlı iletkenlerin hesaplanan değerde bir nüve üzerine sarılmasıyla elde edilir. Nüveye önce primer sargı  sarılır. Sekonder sargı primer üzerine veya karşısına sarılır. Primer ve sekonder arasında doğrudan elektriksel bir bağlantı yoktur. Şekil 2.10’da transformatör prensip şeması ve örnek bir transformatör görülmektedir. Transformatörler iki devre arasında empedans uygunlaştırmak, iki devreyi birbirinden yalıtmak ve alternatif gerilim/akımı yükseltmek veya alçaltmak amacıyla kullanılır.

Aktif Devre Elemanları

Aktif devre elemanları, akım ve gerilimi kontrol eden ya da seviyesini değiştiren devre elemanlarıdır. Bu elemanlar, akım ve gerilimi kontrol ederek diğer elektriksel veya fiziksel büyüklüklere kumanda ederler. Bunun yanında akım ya da gerilimi yükseltme işleminde de kullanılırlar. Aktif devre elemanları yarı iletken malzemelerden yapılır. Bu devre elemanları elektronik devrelerde tek başlarına kullanılmaz, pasif devre elemanları ile birlikte kullanılır. Kullanılacak devrenin özelliğine göre, aktif devre elemanlarının özellikleri ve türleri de değişmektedir. Diyot, transistör, fet, e- mosfet ve tristör yarı iletken devre elemanlarına örnek olarak verilebilir.

Aktif devre elemanlarında p ve n tipi malzemeler kullanılır. n maddesi, germanyum ya da silisyum elementine son yörüngesinde 5 elektron bulunan arsenik, fosfor gibi elementlerin belirli oranda eklenmesiyle elde edilir. Benzer şekilde p maddesi de germanyum ya da silisyum elementine son yörüngesinde 3 elektron bulunan bor, galyum gibi elementlerin belirli oranda eklenmesiyle elde edilir. p tipi malzemede elektron boşlukları, n tipi malzemede ise elektronlar çoğunluktadır.

Diyot

Diyot, p ve n tipi yarı iletken malzemelerin yan yana birleştirilmesiyle elde edilen bir devre elemanı olup, elektrik akımını tek yönde geçirir. Bir yöndeki dirençleri ih- mal edilebilecek kadar küçük, diğer yöndeki dirençleri ise çok büyüktür. Direncin küçük olduğu yöne “doğru yön” veya “iletim yönü”, büyük olduğu yöne “ters yön” veya “tıkama yönü” denir. Diyodun terminalleri anot (A) ve katot (K) olarak isimlendirilir. Diyodun anoduna, gerilim kaynağının pozitif (+) kutbu, katoduna kaynağın negatif (-) kutbu gelecek şekilde gerilim uygulandığında diyot doğru yönde kutuplanmış olur ve diyot iletime geçer.

Diyodun elektrik akımını tek yönde geçirmesi, yönü sürekli değişen alternatif akımın doğrultulmasında sıklıkla kullanılan bir eleman olmasını sağlar.

En sık kullanılan diyot çeşitleri; doğrultucu diyot, zener diyot, foto diyot, ışık yayan diyot, kızılötesi diyot, varikap diyot ve schottky diyottur.

Transistör

İlk transistör Bell Laboratuvarlarında 1948’de üretilmiştir. Transistör, p ve n tipi yarı iletken malzemeden yapılmış üç katmanlı ve üç terminalli akım kontrollü bir devre elemanıdır. Transistörün terminalleri kolektör, beyz ve emiter olarak isimlendirilir ve sırasıyla C, B ve E harfleri ile gösterilir. Her ne kadar diyodun yapısına benzese de çalışması ve fonksiyonları diyottan çok farklıdır. Transistör; kolektör-emiter arasındaki iletkenliği, beyzinden geçen akım ile değişen bir devre elemanıdır. Transistörler bu özelliği ile elektronik devrelerde temel olarak akım kazancı sağlamak (sinyal yükseltmek) ve anahtarlama yapmak amacıyla kullanılır. Transistörler pnp ve npn olarak iki tiptir. Şekil 2.14’de transistör sembolleri ve örnek bir transistör görülmektedir.

Transistörler genellikle güç ve frekans değerlerine göre sınıflandırılmaktadır. Devrelerde kullanım alanına göre uygun transistör seçimi yapılmalıdır.

Güç Kaynakları

Her elektronik cihaz çalışması için enerjiye ihtiyaç duyar. Bu enerjinin karşılanma-ı için güç kaynakları kullanılır. Elektronik cihazların güç ihtiyaçlarının karşılanması yarıiletken temelli güç elemanları ile sağlanmaktadır. Enerji sağlamak için sürekli çalışmak, güç kaynaklarını daha fazla arıza yapmaya açık hale getirmektedir. Elektronik cihazlarda güç kaynakları bağımsız olabileceği gibi cihaz üzerinde tümleşik halde bulunabilir. Elektronik cihazların arızaları çoğunlukla güç kaynakları ya da cihaz ile tümleşik haldeki besleme devrelerinden kaynaklanmaktadır.

Güç kaynakları aşağıdaki şekilde gruplandırılabilir;

• Doğrusal güç kaynakları
  • Kontrolsüz AC/DC doğrultucu
  • Kontrollü AC/DC doğrultucu
• Anahtarlamalı güç kaynakları
  • DC/DC konvertör
  • DC/AC inverter

Güç Kaynağı Arızaları

Güç kaynaklarında çoğunlukla güç dönüşümü ya da transferi için kullanılan yarı iletken anahtarlama elemanları olan transistör, fet, mosfet ve tristörler arıza yapar. Doğrultucu diyotlar da aşırı akım ya da başka sebeplerle sıkça bozulan elemanlar arasındadır. Pasif devre elemanlarından direnç, devrelerde değer değişikliğine uğrayabilir ve bu durum da arızaya neden olabilir. Sıklıkla arızalanan bir diğer devre elemanı da kondansatörlerdir.