Bir elektrik devresi bir kaynak, sigorta, bağlantı iletkenleri, anahtar ve yükten oluşur. Kaynağın gerilimi, sigorta, bağlantı iletkenleri, anahtar ve yük üzerinden geçen bir akım üretir. Anahtar kapatıldığında kaynaktan çıkan akım tüm elemanların üzerinden geçerek tekrar kaynağa ulaşır. Bunların hepsine birden elektrik devresi denir. Elektrik enerjisi ile çalışan herhangi bir yükün çalıştırılabilmesi için içinden akım geçmesi gereklidir.
Elektrik devresi şu elemanlardan meydana gelmektedir :
a) Kaynak (Batarya) : Herhangi bir enerjiyi (kimyasal, mekanik, ısı, ışık) elektrik enerjisine dönüştüren devre elemanına kaynak (batarya, üreteç) denir. Elektrik enerjisi üreten devre elemanıdır. Doğru Gerilim (DC) kaynaklara; dinamo, pil, akümülatör, adaptör, şarj cihazı; Alternatif Gerilim (AC) kaynaklara alternatör örnek verilebilir.
b) Sigorta (Koruyucu) : Elektrik devresini normal çalışma değerlerinin üzerindeki akım değerlerine karşı koruyan devre elemanına sigorta (koruyucu) denir.
c) Anahtar (Kontrol Elemanı) : Elektrik devresini açıp kapamaya yarayan kontrol elemanlarına anahtar veya buton denir. Anahtar kapatıldığında akım geçirir, açıldığında akımı keser. Anahtar hangi konumda bırakılırsa o konumda kalır. Buton yaylıdır. Butona basıldığında akım geçirirken butondan el çekildiğinde ilk konumuna döner ve akım kesilir.
d) Yük (Alıcı) : Elektrik enerjisini başka bir enerjiye dönüştüren devre elemanına yük (alıcı) denir. Örneğin elektrik enerjisini lamba ışık enerjisine, fırın ısı enerjisine, zil ses enerjisine, motor hareket enerjisine dönüştürür.
e) İletken (Kablo) : Elektrik devresinde bulunan iki farklı elemanı birleştiren ve üzerinden akım geçiren elemana iletken (kablo) denir. İletken kablolar genellikle bakırdan yapılırlar.
Devre Yapısına göre Elektrik Devre çeşitleri
1. Kapalı Devre : Anahtarın kapalı olduğu, devreden akımın geçtiği ve yükün işini yaptığı devrelere denir.
2. Açık Devre : Anahtarın açık olduğu ve devreden akımın geçmediği devrelere açık devre denir.
3. Kısa Devre : Akımın sigorta, anahtar ve yük üzerinden geçmeden yolunu başka yerden tamamladığı elektrik devrelerine kısa devre denir. Kısa devre istenmeyen bir durumdur. Kısa devre anında bağlantı kablolarından aşırı yüksek bir akım geçmek isteyecektir. Kısa devre sigortadan sonra ise sigorta akımı keser ve devreyi korur. Kısa devre sigortadan önce ise geçecek aşırı akım kaynağa, bağlantı kablolarına ve diğer elemanlara zarar verebilir. Yangına sebep olabilir.
ÖLÇÜ ALETİ
Ölçü aletleri yapısına göre ikiye ayrılır. Ekranında ibre denilen hareketli parça varsa Analog, değer doğrudan ekrandan okunuyorsa Dijital ölçü aletidir.
Elektriksel değerleri ölçmek için çeşitli ölçü aletleri bulunur. Genellikle Multimetre veya Avometre denilen birden fazla değer ölçümü yapabilen ölçü aleti kullanılır. Aşağıda Dijital Avometre görülmektedir :
Ölçü aletlerinde ölçüm yapmak için prob denilen kablolar kulanılırlar. Problar kırmızı ve siyah olmak üzere iki renklidir. Siyah prob her zaman ölçü aletinin COM yuvasına takılır. Kırmızı prob ise (yukardaki ölçü aletine göre) genellikle sağ taraftaki (V Ω mA yazan) yuvaya takılırken sadece yüksek akım ölçümünde sol taraftaki (10A Max) yazan yuva ile değiştirilir.
GERİLİM
Bir elektrik devresinde kaynak uçları arasında bulunan, akım geçişini sağlayan potansiyel farka gerilim denir. Gerilim, U harfi ile gösterilir ve birimi Volt‘tur.
1. Gerilim Birimleri
Gerilim birimleri 1000‘er 1000‘er büyüyüp küçülür. Aşağıdaki tabloda gerilimin ast ve üst katları görülmektedir :
2. Gerilim Çeşitleri
A) Doğru Gerilim :
Zamana göre yönü ve şiddeti değişmeyen gerilime DÜZGÜN DOĞRU GERİLİM, yönü değişmeyen fakat şiddeti değişebilen gerilime DEĞİŞKEN DOĞRU GERİLİM denir.
B) Alternatif Gerilim
Zamana göre yönü ve şiddeti değişen gerilime denir. VAni = VMaks*Sin(ωt) = VMaks*Sin(2πft) formülüne sahiptir.
3. Gerilim Ölçme
Gerilim ölçmek için Voltmetre ya da Avometrenin (Multimetre) gerilim kademesi kullanılır. Voltmetre, gerilimi ölçülecek elemana Paralel bağlanır. Voltmetre daire içerisinde V harfi ile gösterilir. V harfinin altında ölçülecek gerilimin çeşidine göre (Doğru veya Alternatif gerilim) sinüs veya düz ve kesikli çizgi işaretleri olabilir. Ölçülecek gerilimin çeşidine göre uygun Voltmetre seçilmeli veya Avometre uygun gerilim kademesine alınmalıdır.
Şekildeki seri direnç devresinde güç kaynağı Doğru Gerilim olduğu için devreye Doğru Gerilim ölçen Voltmetre bağlanmalıdır. Dirençler eşit olduğu için besleme gerilimi iki direnç üzerine eşit dağılır. Voltmetre 6V ölçer.
AKIM
Bir elektrik devresinde kaynak ucundan çıkan elektronların devre elemanları üzerinden geçip tekrar kaynağın diğer ucuna dönmesine akım denir. Akım I harfi ile gösterilir birimi Amper‘dir. Elektron akışı kaynağın negatif ucundan pozitif ucuna doğrudur. Fakat hesaplamalarda pozitif uçtan negatif uca doğru olduğu kabul edilir.
1. Akım Birimleri
Akım birimleri 1000‘er 1000‘er büyüyüp küçülür. Aşağıdaki tabloda akımın ast ve üst katları görülmektedir :
2. Akım Çeşitleri
Devre akımı besleme kaynağının çeşitine bağlıdır. Doğru Gerilim ile beslenen devrenin akımı DOĞRU AKIM (DA), Alternatif Gerilimle beslenen devrenin akımı ALTERNATİF AKIM (AA) ‘dır.
Doğru akımın ingilizce karşılığı Direct Current (DC) ve Alternatif akımın ingilizce karşılığı Alternatif Current (AC)‘dir. Elektrik devrelerinde bu kısaltmalara sık rastlanır.
3. Alternatif Akım Bileşenleri
a) Alternans : Sinüs sinyalinin sıfırdan başlayıp tekrar sıfır olmasına alternans denir. Pozitif ve negatif olmak üzere iki alternans vardır.
b) Saykıl : Bir pozitif ve bir negatif alternanstan oluşan sinüs sinyaline denir.
c) Frekans : Bir saniyede tekrarlanan saykıl sayısına frekans denir. f ile gösterilir birimi Herzt (Hz)’dir.
Şekildeki örnek sinyalin saykıl sayısı 2 olduğu için Frekansı f = 2 Hz’dir.
d) Periyot : Bir saykılın oluşması için geçen zamana periyot denir. T ile gösterilir birimi saniyedir. Periyot frekans ile ters orantılıdır. Frekans arttıkça periyot azalır. Periyot formülü T = 1 / f ‘dir.
Şekildeki örnek sinyalin Periyot’u = 1 / Frekans = 1 / 2 Hz = 0,5 sn’dir. Yani bir saykıl 0,5 sn’de oluşmaktadır.
4. Alternatif Akım Değerleri
a) Maksimum Değer : Alternatif akımın alternans boyunca alabileceği en yüksek değere maksimum değer denir. IMaks ile gösterilir. Alternatif akımın Osilaskop ile görülüp hesaplanan değeridir.
b) Etkin (Efektif) Değer : Alternatif akımın bir alıcı üzerinde eşit iş yapan DC karşılığına sahip değere etkin (efektif) değer denir. IEtk (IEff) ile gösterilir. Sinüs sinyali için Etkin değer Maksimum değerin 0,707 ile çarpımına eşittir (IEtk = IMaks * 0,707). Alternatif akımın ölçü aletlerinde ölçülen değeridir.
c) Ortalama Değer : Alternatif akımın alternans boyunca aldığı değerlerin aritmetik ortalamasına ortalama değer denir. IOrt ile gösterilir. Sinüs sinyali için Ortalama değer Maksimum değerin 0,636 ile çarpımına eşittir (IOrt = IMaks * 0,636)
d) Ani Değer : Alternatif akımın herhangi bir anda aldığı değere ani değer denir. IAni ile gösterilir. Alternatif akım IAni = IMaks*Sin(ωt) = IMaks*Sin(2πft) formülüne sahip olduğu için Ani değer frekansa ve zamana göre 0 ile IMaks arasında farklı değerler alır.
5. Akım Ölçme
Gerilim ölçmek için Ampermetre ya da Avometrenin (Multimetre) akım kademesi kullanılır. Ampermetre, akımı ölçülecek devreye SERİ bağlanır. Ölçülecek akımı değerini etkilemesin diye ampermetre iç direnci küçüktür. Bu sebeple Ampermetre paralel bağlanırsa üzerinde yüksek akım geçer ve BOZULUR.
Ampermetre daire içerisinde A harfi ile gösterilir. A harfinin altında ölçülecek akımın çeşidine göre (Doğru veya Alternatif gerilim) sinüs veya düz ve kesikli çizgi işaretleri olabilir. Ölçülecek gerilimin çeşidine göre uygun Ampermetre seçilmeli veya Avometre uygun akım kademesine alınmalıdır.
Şekildeki seri direnç devresinde güç kaynağı Doğru Gerilim olduğu için akım ölçerken devreye Doğru Akım ölçen Ampermetre bağlanmalıdır. Devre kesilerek ampermetre seri bağlanır. Devre seri devre olduğu için tek bir akım vardır.
DİRENÇ
Elektrik akımına karşı gösterilen zorluğa ve bu zorluğu göstersin diye üretilmiş devre elemanına direnç denir. Direnç R ile gösterilir. Birimi Ohm (Ω)’dur. Aşağıda sabit direnç sembolleri görülmektedir :
İçinden akım geçen her şeyin bir direnci vardır. İletkenlerin bile küçük te olsa direnci vardır.
1. Direnç ast ve üst katları
Direnç birimleri 1000‘er 1000‘er büyüyüp küçülür. Aşağıdaki tabloda direncin ast ve üst katları görülmektedir :
2. Direnç Çeşitleri
2.1. Sabit Direnç : Değeri fabrikada üretilirken verilen sonradan değiştirilemeyen direnç çeşitidir. Karbon direnç, film direnç, smd direnç, telli direnç ve entegre direnç şeklinde çeşitleri mevcuttur. En çok kullanılan 1/4 w karbon dirençtir. Gücü (Dayanabildiği akım) arttıkça boyutu artar. Yüksek akım uygulamalarında ısıya dayanıklı Taş direnç kullanılmalıdır.
2.2. Ayarlı Direnç : Değeri sonradan ayarlanabilen direnç çeşitidir. Değeri 0 ile Fabrikada verilen Maksimum değer arasında istenilen değere ayarlanabilirler.
2.2.A. Potansiyometre (Pot) : Üzerindeki ayar çubuğu el ile çevirilerek ayarlanan ayarlı direnç çeşitidir. Direnç değerinin istenilen her zaman değiştirilmesi gereken devre veya projelerde kullanılırlar. Aşağıda Potansiyometre ve sembolleri görülmektedir :
2.2.B. Trimpot : Küçük tornavida ile ayarlanan ayarlı direnç çeşitidir. Direnç değerinin nadiren değiştirilmesi gereken devre veya projelerde kullanılırlar. Aşağıda Trimpot ve sembolleri görülmektedir :
2.3 Ortam Etkili Dirençler : Isı, Işık, Gerilim gibi fiziksel etkilere göre değeri kendiliğinden değişen direnç çeşitleridir.
2.3.A. Ldr (Foto Direnç-Işık Etkili Direnç) : Üzerinde ışığın geçiren cam veya plastikten kapak bulunan Ldr’nin ortamdaki ışık miktarına göre direnci değişir. Aydınlık ortamda direnci düşüktür. Karanlık artıkca direnci artar.
Ortam ışığına göre farklı çalışması gereken devre ve projelerde kullanılırlar. Aşağıda Ldr ve sembolleri görülmektedir :
Aşağıda Işık miktarı (Lux) ile Ldr direnç değişimi grafiği görülmektedir :
TERMİSTÖR : Therm (Sıcaklık) ve Resistor (Direnç) kelimelerinin kısaltılmış ve Türkçeleştirilmiş halidir. Termistörlerin direnci ortam sıcaklığına göre kendiğinden değişir. İki çeşit termistör vardır :
2.3.B. Ptc (Pozitif Sıcaklık Katsayılı Termistör) : Termistör çeşitlerinde ilki Ptc’dir. Ptc‘nin, soğuk ortamda direnci düşüktür. Ortam sıcaklıklığı arttıkça Ptc’nin direnci artar. Sıcaklık ile Ptc direnci orantılıdır.
Ptc, ortam sıcaklığına göre farklı çalışması gereken devre ve projelerde kullanılırlar. Aşağıda Ptc ve sembolü görülmektedir :
Aşağıda Sıcaklık (oC) ile Ptc direnç değişimi grafiği görülmektedir :
2.3.C. Ntc (Negatif Sıcaklık Katsayılı Termistör) : Termistör çeşitlerinde ikincisi Ntc’dir. Ntc‘nin, soğuk ortamda direnci yüksektir. Ortam sıcaklıklığı arttıkça Ntc’nin direnci düşer. Sıcaklık ile Ntc direnci ters orantılıdır.
Ntc, ortam sıcaklığına göre farklı çalışması gereken devre ve projelerde kullanılırlar. Aşağıda Ntc ve sembolü görülmektedir :
Aşağıda Sıcaklık (oC) ile Ntc direnç değişimi grafiği görülmektedir :
2.3.D. Varistör : Varistör, gerilime bağlı bir direnç çeşitidir. Varistör üretilirken fabrikada bir gerilim değeri tanımlanır. Varistör’ün bu tanımlanan gerilim değerinde direnci yüksektir. Uçlarından akım geçmez. Gerilim yükselip tanımlı değeri aşmaya başladıkca Varistör’un direnci hızlı bir şekilde düşer ve üzerinden akım geçirir. Akımın geçmesi anlık yüksek gerilimin sönümlenmesini sağlar. Gerilimin çok yükselmesi veya sürekli akım geçmesi durumunda Varistor yanabilir.
Varistör elektronik devreleri korumak için devre girişine bağlanır. Aşağıda Varistör ve sembolü görülmektedir :
3. Direnç renk kodları ve direnç hesabı
Dirençlerin üzerinde genellikle değer yazmaz. Direnç değerini göstermek için direncin üzerinde 4 veya 5 renk vardır. Her bir renk bir rakama karşılık gelir. Renklerin rakam karşılığına ve rengin sırasına göre hesaplama yapılır.
Aşağıda renklerin rakam karşılıkları görülmektedir :
Bu renk sırasını kolayca ezberlemek için SoKaKTa SaYaMaM GiBi cümlesi kullanılabilir. Bu cümledeki Sessiz harfler sırasıyla renklerin Baş harflerinden oluşmaktadır.
Aşağıda Çarpan ve Tolerans tablosu bulunmaktadır.
3.1. 4 Renkli Direnç Değeri Hesaplama
- Renk değeri doğrudan yazılır (Örnek Mavi = 6) (6)
- Renk değeri doğrudan yazılır (Örnek Kırmızı = 2) (62)
- Renk Çarpan değeri Çarpan Tablosuna bakılır ve 10 Çarpan olarak yazılıp çarpılır (Örnek Turuncu = 3 olduğundan 103 ile çarpılır) (62.103 = 62000)
- Renk Tolerans tablosundan bakılır (Örnek Altın = ±%5)
Sonuç 62000 Ω ±%5 = 62 KΩ ± %5
3.2. 5 Renkli Direnç Değeri Hesaplama
Daha hassas direnç değeri gereken yerlerde 5 renkli dirençler kullanılırlar.
- Renk değeri doğrudan yazılır (Örnek Mavi = 6) (6)
- Renk değeri doğrudan yazılır (Örnek Kırmızı = 2) (62)
- Renk değeri doğrudan yazılır (Örnek Turuncu = 3) (623)
- Çarpan değeri Çarpan Tablosuna bakılır ve 10 Çarpan olarak yazılıp çarpılır (Örnek Yeşil = 5 olduğundan 105 ile çarpılır) (623.105 = 62300000)
- Renk Tolerans tablosundan bakılır (Örnek Altın = ±%5)
Sonuç 62300000 Ω ±%5 = 62,3 MΩ ±%5
Sondaki Tolerans rengi diğer renklerden biraz uzaktadır. Buna dikkat edilmelidir. Çarpan ve Tolerans için bazı renkler bulunmaz, bazı renkler ise farklı değer alır. Bundan dolayı yukarıdaki Çarpan ve Tolerans tablosuna bakılmalıdır.
4. Direnç Ölçme
Direnç ölçmek için Ohmmetre ya da Avometrenin (Multimetre) Ohm kademesi kullanılır. Ohmmetre, ölçülecek dirence Paralel bağlanır. Ohmmetre daire içerisinde Ω (Yunanca ohm harfidir. om diye okunur) harfi ile gösterilir. Ohmmetre uygun direnç kademesine alınmalıdır.
5. Ohm Kanunu
Gerilim, akım ve direnç arasındaki bağıntıyı veren kanun ohm kanunudur. Ohm kanununa göre bir elektrik devresinde devre akımı besleme gerilimi ile doğru orantılı, devre direnci ile ters orantılıdır. Buna göre ohm kanunu formülü R = V / I ‘dır. Formülde I Akım (Amper), V Gerilim (Volt) ve R Direnç (Ω) dir. Aşağıdaki ohm üçgeni ile bu formülü hatırlamak ve kullanmak çok kolaydır.
Ohm üçgeninde bilinmeyen değer kapatılarak formül kolayca yazılabilir. Aşağıda ohm üçgeni şeklinde I (Akım) kapatılarak bakıldığında I = V / R olduğu görülmektedir.
Örnek: a) Bir elektrik devresinde Gerilim 20 V, Direnç 40 Ω dur. Akımı hesaplayın.
* I = V / R formülünde yerine konularak I = 20 V / 40 Ω ise I = 0,5 Amper bulunur
b) Direnç değişmeden Gerilim iki katına çıkarsa akım nasıl değişir?
* I = V / R formülünde yerine konularak I = 40 V / 40 Ω ise I = 1 Amper bulunur.Akım iki katına çıktı.
c) Gerilim değişmeden Direnç iki katına çıkarsa akım nasıl değişir?
* I = V / R formülünde yerine konularak I = 20 V / 80 Ω ise I = 0,25 Amper bulunur.Akım yarıya düştü.
6. Direnç Devreleri
6.1. Seri Direnç Devresi : Dirençlerin art artda tek bir koldan bağlandığı devrelere seri direnç devresi denir. Seri direnç devrelerinde tek bir kol ve her bir direnç üzerinde tek bir akım vardır. Her bir direnç üzerinde direnç değerine göre ayrı ayrı gerilim düşümü olur. Seri direnç devrelerinde devre direnci dirençlerin toplamına eşittir.
Dirençler toplanarak yukarıdaki şekildeki gibi tek bir direnç haline getirildi. Böylece Ohm kanunu kullanılarak devre akımı bulunabilir.
Kirchhoff (Kirşof) Gerilimler Kanunu : Bir elektrik devresindeki gerilimlerin toplamı devreye verilen toplam gerilime eşittir. Bu kanunu yukarıdaki örnek seri direnç devresi üzerinde ispatlayalım.
Devre tek direnç haline geldiği için Ohm kanunu ile I akımı bulunur. Bulunan akım üç direnç üzerinden geçtiği için ohm kanunu tekrar kullanılarak dirençler üzerindeki gerilimler ayrı ayrı hesaplanır.
Dirençler üzerindeki gerilimler hesaplanıp toplandığında toplamın devre gerilimine eşit olduğu görülecektir.
6.2. Paralel Direnç Devresi : Dirençlerin yan yana iki koldan bağlandığı devrelere paralel direnç devresi denir. Paralel direnç devresinde her bir kolda ayrı akımlar vardır. Her kol üzerinde tek bir gerilim vardır. Eşdeğer direnç aşağıdaki formül ile hesaplanır:
Kirchhoff (Kirşof) Akımlar Kanunu : Bir elektrik devresinde bir düğüm noktasına giren akımların toplamı ile o noktadan çıkan akımların toplamı sıfırdır. Yani giren akımlar çıkan akımlara eşittir. Bu kanunu yukarıdaki örnek paralel direnç devresi üzerinde ispatlayalım.
Devre tek direnç haline geldiği için Ohm kanunu ile I akımı bulunur. Üç kol üzerinde aynı gerilim olduğu için ohm kanunu tekrar kullanılarak dirençler üzerinden geçen akımlar ayrı ayrı hesaplanır. Üç kol üzerinden geçen akımların toplamının bulunan I akımına eşit olduğu görülecektir.
6.3. Karışık Direnç Devresi : Dirençlerin hem seri hem de paralel bağlandığı devrelere karışık direnç devresi denir. Karışık direnç devrelerinde genel bir formül yoktur. Paralel dirençler paralel direnç formülü ile tek bir direnç haline getirilir. Seri dirençler ise toplanır.
Aşağıda örnek bir karışık direnç devresi görülmektedir. Bu devrede çözüm yaparken ohm kanunu bir kaç sefer kullanılmıştır.
Önce paralel dirençler paralel direnç formülü ile eşdeğer direnç (RT1) hesaplanır. Sonra devre seri hale gelince dirençler (R1 ve RT1) toplanarak devre tek bir direnç (RT) haline gelir. Devre gerilimi (VT) bu tek dirence (RT) bölünerek (Ohm kanunu) devre akım (I) bulunur..
Devre akımı bulunduğu için paralel dirençler üzerinde düşen gerilim (VT1) Ohm kanunu ile hesaplanır. Böylece her bir direnç üzerinden geçen akım bulunabilecektir. VT1 gerilimi paralel dirençlere ayrı ayrı bölünerek (Ohm kanunu) I1 ve I2 akımları hesaplanır. I1 ve I2 akımları toplanırsa toplam devre akımına (I) eşit olduğu görülecektir. (Kirşof akımlar kanunu)
Dm7 