1Kondansatörün Yapısı: KondansatörlerÖnbilgiler:Kondansatör, DC akımı geçirmeyip, AC akımı geçiren devre elemanıdır.Kondansatörün Yapısı:Kondansatör şekil 1.6 'da görüldüğü gibi, iki iletken plaka arasına yalıtkan bir maddenin yerleştirilmesi veya hiç bir yalıtkan kullanılmaksızın hava aralığı bırakılması ile oluşturulur. Kondansatörler yalıtkan maddenin cinsine göre adlandırılır.Kondansatörün sembolü:Değişik yapılı kondansatörlere göre, kondansatör sembollerinde bazı küçük değişiklikler vardır. Şekil Kondansatör YapısıŞekil Kondansatör Yapısı
2Kondansatörün Çalışma Prensibi: Kondansatörün bir DC kaynağına bağlanması ve şarj edilmesi:Şekil 1.17(a) 'da görüldüğü gibi kondansatör bir DC kaynağına bağlanırsa, devreden Şekil 1.17(b) 'de görüldüğü gibi, geçici olarak ve gittikçe azalan IC gibi bir akım akar. IC akımının değişimini gösteren eğriye kondansatör zaman diyagramı denir.Akımın kesilmesinden sonra kondansatörün plakaları arasında, kaynağın Vk gerilimine eşit bir VC gerilimi oluşur.Bu olaya, kondansatörün şarj edilmesi, kondansatöre de şarjlı kondansatör denir."Şarj" kelimesinin Türkçe karşılığı "yükleme" yada "doldurma" dır.a) Bağlantı devresi b) Zaman diyagramı c) Vc gerilim oluşumuŞekil Kondansatörün DC kaynağına bağlanması
3Kondansatör Devresinden Akım Nasıl Akmalıdır? Bu elektron hareketinden dolayı devreden bir IC akımı geçer. IC akımının yönü elektron Şekil 1.17(a)' daki devrede, S anahtarı kapatıldığında aynı anda kondansatör plakasındaki elektronlar, kaynağın pozitif kutbu tarafından çekilir, kaynağın negatif kutbundan çıkan elektronlar, kondansatöre doğru akmaya başlar. Bu akma işlemi, kondnsatörün plakası daha fazla elektron veremez hale gelinceye kadar devam eder.hareketinin tersi yönündedir.Devreden geçen IC akımı, bir DC ampermetresi ile gözlenebilir. S anahtarı kapanınca ampermetre ibresi önce büyük bir sapma gösterir. Sonra da, ibre yavaş yavaş sıfıra gelir. Bu durum devreden herhangi bir akım geçmediğini gösterir. IC akımına şarj akımı denir.Devre akımının kesilmesinden sonra yukarıda da belirtildiği gibi kondansatör plakaları arasında VC=Vk oluşur.VC gerilimine şarj gerilimi denir.VC geriliminin kontrolü bir DC voltmetre ile de yapılabilir. Voltmetrenin "+" ucu, kondansatörün, kaynağın pozitif kutbuna bağlı olan plakasına, "-" ucu da diğer plakaya dokundurulursa VC değerinin kaç volt olduğu okunabilir. Eğer voltmetrenin uçları yukarıda anlatılanın tersi yönde bağlanırsa voltmetrenin ibresi ters yönde sapar.
4AC Devrede Kondansatör: Yukarıda DC devrede açıklanan akım olayı, AC devrede iki yönlü olarak tekrarlanır. Dolayısıyla da, AC devredeki kondansatör, akım akışına karşı bir engel teşkil etmemektedir. Ancak bir direnç gösterir.Kondansatörün gösterdiği dirence kapasitif reaktans denir.Kapasitif reaktans, XC ile gösterilir. Birimi Ohm(Ω) dur.XC = (1/ωC) = (1/2πfC) 'Ohm olarak hesaplanır.XC = Kapasitif reaktans (Ω)ω = Açısal hız (Omega)f = Frekans (Hz)C = Kapasite (Farad)Yukarıdaki bağlantıdan da anlaşıldığı gibi, kondansatörün XC kapasitif reaktansı; C kapasitesi ve f frekansı ile ters orantılıdır. Yani kondansatörün kapasitesi ve çalışma frekansı arttıkça kapasitif reaktansı, diğer bir deyimle direnci azalır.
5Sabit KondansatörlerSabit kondansatörler kapasitif değeri değişmeyen kondansatörlerdir.Yapısı ve Çeşitleri:Kondansatörler, yalıtkan maddesine göre adlandırılmaktadırlar.Sabit kondansatörler aşağıdaki gibi gruplandırılır:Kağıtlı KondansatörPlastik Film KondansatörMikalı KondansatörSeramik KondansatörElektrolitik Kondansatör
6Plastik Film Kondansatör Plastik film kondansatörlerde kağıt yerine plastik bir madde kullanılmaktadır. Bu plastik maddeler: Polistren, poliyester, polipropilen olabilmektedir.Hassas kapasiteli olarak üretimi yapılabilmektedir. Yaygın olarak filtre devrelerin de kullanılır.Üretim şekli kağıt kondansatörlerin aynısıdır.
7Mikalı KondansatörMika, "εr" yalıtkanlık sabiti çok yüksek olan ve çok az kayıplı bir elemandır. Bu özelliklerinden dolayı da, yüksek frekans devrelerinde kullanılmaya uygundur. Mika tabiatta mm 'ye kadar ince tabakalar halinde bulunur. Kondansatör üretiminde de bu mikalardan yararlanılır.İki tür mikalı kondansatör vardır:Gümüş kaplanmış mikalı kondansatör.Aluminyum folyolu kaplanmış mikalı kondansatör.
8Gümüş Kaplanmış Mikalı Kondansatör Bu tür kondansatörlerde mikanın iki yüzüne gümüş püskürtülmektedir. Oluşturulan kondansatöre dış bağlantı elektrotları lehimlenerek mum veya reçine gövde içerisine yerleştirilir. Şekil.1.20 'de değişik boydaki mikalı kondansatörler gösterilmektedir.Şekil Gerçek büyüklüğün 1/3 boyutundaki gümüş kaplanmış mikalı kondansatörler.Alüminyum Folyo Kaplanmış Mikalı Kondansatör:Gümüş kaplama çok ince olduğundan, bu şekilde üretilen kondansatör büyük akımlara dayanamamaktadır. Büyük akımlı devreler için, mika üzerine alüminyum folyo kaplanan kondansatörler üretilmektedir. Mikalı kondansatör ayarlı (trimmer) olarak ta üretilmektedir.
9Seramik KondansatörSeramiğin yalıtkanlık sabiti çok büyüktür. Bu nedenle, küçük hacimli büyük kapasiteli seramik kodansatörler üretilebilmektedir. Ancak, seramik kondansatörlerin kapasitesi, sıcaklık, frekans ve gerilim ile %20 'ye kadar değiştiğinden, sabit kapasite gerektiren çalışmalarda kullanılamaz. Fakat, frekens hassasiyetinin önemli olmadığı kuplaj, dekuplaj (by-pass) kondansatörü olarak ve sıcak ortamlarda kullanılmaya uygundur.
11Elektrolitik Kondansatörler Elektrolitik kondansatörler büyük kapasiteli kondansatörlerdir. Yaygın bir kullanım alananı vardır. Özellikle, doğrultucu filtre devrelerinde, gerilim çoklayıcılarda, ses, frekens yükselteçlerinde, kuplaj ve dekuplaj devrelerinde, zamanlama devrelerinde yararlanılmaktadır.İki tür elektrolitik kondansatör vardır:Aliminyum plakalıTantalyum (tantalıum) plakalı
12Alüminyum Plakalı Elektrolitik Kondansatör Aliminyum plakalı elektrolitik kondansatörün yapısı şekil 1.21 'de verilmiştir. Şekilde görüldüğü gibi kondansatör yapısı şöyledir: Birinin yüzü okside edilmiş ve iki elektrot bağlanmış olan şerit şeklindeki iki aliminyum plaka Plakaların arasında elektrolitik emdirilmiş kağıtBunlar silindir şeklinde sarılarak kondansatör oluşturulmaktadır. Oksit tabakası yalıtkan olduğundan plakalar arası yalıtkanlığı sağlamaktadır Aliminyum oksitli plakaya bağlı elektrot pozitif (+), aliminyum plakaya bağlı elektrot da negatif (-) olarak adlandırılır.Devreye bağlantı da "+" elektrot, devrenin pozitif tarafına, "-" elektrotta negatif tarafına bağlanmalıdır. Ters bağlantıda anot üzerindeki oksit tabakası kalkar ve geçen akımla elektrolitik kimyasal reaksiyona uğrar ve ısınıp şişerek kondansatörü patlatır. Kağıda emdirilmiş olan elektrolitik, iletken bir madde olup, gövdesi oksit tabakasının zamanla ve küçük değerli aşırı gerilimlerde bozulmasını önlemektedir.
13Tantalyumlu Elektrolitik Kondansatör Bu tür kondansatörde de anot, oksit kaplı tantalyum şerit ve katot da yalnızca tantalyumdur. Yapımı Aliminyum elektrotlu kondansatör ile aynıdır.Farkı: Tantalyum oksidin yalıtkanlık sabiti daha büyüktür.Elektrolitik kondansatörlerin avantajları ve dezavantajları:Avantajları: Hacmi küçük, kapasitesi büyüktür. Maliyeti düşüktür.Dezavantajları: Kaçak akımı büyüktür.Ters bağlantı halinde bozulur.
14şekil 1. 22 - Değişik kondansatörlerden görüntüler a şekil Değişik kondansatörlerden görüntüler a. Değişken Kondansatörler b. Ayarlanabilen Kondanstörler c. Kağıt Kondanstörler d. Seramik Kondanstörler e. Elektrolitik Kondanstörler
15Ayarlı Kondansatörler Ayarlı Kondansatörler, kapasitif değerleri değişik yöntemler ile değiştirilebilen kondansatörlerdir.Kullanılma yerine göre değişik yapıda ve çeşitli boyutlarda üretilmektedirler. Şekil 1.24 'te görülen üç şekilde de sembolize edilir.Büyük boy değişken kondansatörler (Varyabl kondansatör) Küçük boyutlu değişken kondansatörler (Trimer) Değişken kapasiteli diyotlar (Varaktör)
16Büyük Boy Ayarlı (Varyabl) Kondansatörler Bu gruba giren kondansatörler, İngilizce adı ile varyabl (variable) olarakta anılmaktadır. "Varyabl" kelimesinin Türkçe karşılığı "değişken" kelimesidir. Varyabl kondansatörler paralel bağlı çoklu kondansatörden oluşmaktadır. Bu kondansatörlerin birer plakası sabit olup, diğer plakaları şekil 1.22(a) ve şekil 1.25 'te görüldüğü gibi bir mil ile döndürülebilmektedir. Böylece kondansatörlerin kapasiteleri istenildiği gibi değiştirilebilmektedir. Hareketli plakalar sabit plakalardan uzaklaştıkça, karşılıklı gelen yüzeyler azalacağından kapasitede küçülecektir. Hareketli plakalara rotor, sabit plakalara stator denmektedir. Plakalar genelde alüminyum (Al) veya özel amaçlar için gümüş kaplı bakırdır. Plakalar arasında yalıtkan madde olarak genellikle hava vardır. Bazı özel hallerde, mika plastik ve seramikte kullanılmaktaradır. Veya vakumlu (havasız) yapılmaktadır. Havalı ve yalıtkanlı kondansatörlerde bir miktar kaçak (leakage) akımı vardır. Vakumlu olanlarda hiç kaçak yoktur. Vakumlu kondansatörlerde; çalışma gerilimi 50 KV 'a ve frekensı 1000 MHz 'e kadar çıkabilmektedir. Kapasitif değeri ise pF arasında değişir. Havalılarda ise kapasite 400pF 'a kadar çıkabilmektedir. Varyabl kondansatörler ile büyük kapasitelere ulaşılamamakla beraber, yukarıda belirtildiği gibi çok büyük gerilimlerle ve frekenslar da çalışılabilmektedir. Bazı uygulamalarda, Şekil 1.25 'te görüldüğü gibi aynı gövdede iki varyabl kondansatör kullanılır. Bunlardan birinin rotoru, statordan uzaklaştırılırken diğerinin rotoru ters bir çalışma şekli ile statoruna yaklaşır.
17Varyabl kondansatörün kullanılma alanları: Radyo alıcıları (plakaları çok yakın ve küçüktür). Radyo vericileri Büyük güçlü ve yüksek frekans üreticileri (plakalar arası 2,5 cm 'dir
18Küçük Boy Ayarlı Kondansatörler (Trimerler) Küçük boy ayarlı kondansatörler, trimer (Trimmer), peddir (Padder) gibi değişik isimlerle anılmaktadır. Hassas kapasite ayarı için kullanılırlar ve bu ayar tornavida ile yapılır. Bu nedenle, bunlara ayarlı kondansatör de denilir. Değişik tipleri vardır. En yaygın tipi şekil 1.22 (b) 'de görüldüğü gibi, yan yüzünde vida bulunan karesel yapıda olanlarıdır. Bu türde kare şeklindeki iki alüminyum plaka arasında mika veya plastik yalıtkan vardır. Vida bir tornavida yardımı ile sıkılınca plakalar birbirine doğru yaklaşır ve C:eo.er.A/d bağıntısı gereğince "d" aralığı kısaldığı için kapasite (C) büyür.Ayrıca şekil 1.26 'da görüldüğü gibi silindirik veya varyabl tipinde olanları da vardır. Silindiriklerde ortadaki iletken vida bir yalıtkan içerisinde hareket etmekte ve bir plaka görevi yapmaktadır. İçe doğru vidalama yapıldıkça kapasitif değer büyümektedir.Trimerler, V gerilimde çalışabilmekte ve kapasiteleri çok küçük değerler ile 1000 pF arasıda değişmektedir.
19Başlıca kullanım alanları: Telekomünikasyon devrelerinde kapasitif değerlerdeki ince ayarlar için kullanılır
20Değişken Kapasiteli Diyotlar (Varaktör) Jonksiyon diyotlara ters gerilim uygulandığında bir kondansatör gibi çalışmaktadır. Uygulanan gerilime göre kapasitif değer değişir. Uygulanan gerilim büyüdükçe kapasitif değeri küçülür.Gerilime bağlı kapasite değişikliği nedeniyle VARAKTÖR veya VARİKAP adı verilmiştir.SEMBOLÜ: Şeklindedir.Kullanım Alanları:V arasındaki gerilimlerde ve 200 GHz 'e kadar olan frekenslarda kullanılır pF arasında kapasitif değere sahiptir.Telekomünikasyonda frekans kontrolünde kullanılır.
21Bobinler (Coil) Sabit Bobinler ve Yapıları: Bobin bir yalıtkan makara (mandren veya karkas) üzerine belirli sayıdaki sarılmış tel grubudur.Kullanım yerine göre, makara içerisi boş kalırsa havalı bobin, demir bir göbek (nüve) geçirilirse nüveli bobin adı verilir. Bobinin her bir sarımına spir denir. Şekil 1.28 'de bobin sembolleri verilmiştir.Aşağıdaki üst sırada bulunan semboller eski alt sırada bulunan semboller yeni gösterilim şeklidir.Şekil Değişik Bobin Sembolleri
23Bobindeki Elektriksel Olaylar: Bilindiği gibi bir iletkenden akım geçirildiğinde, iletken etrafında bir magnetik alan oluşur. Bu alan kağıt üzerinde daireler şeklindeki kuvvet çizgileri ile sembolize edilir.Bir bobinden AC akım geçirildiğinde, Şekil 1.29 'da görüldüğü gibi bobin sargılarını çevreleyen bir magnetik alan oluşur.Akım büyüyüp küçülüşüne ve yön değiştirmesine bağlı olarak bobinden geçen kuvvet çizgileri çoğalıp azalır ve yön değiştirir.Bobine bir DC gerilim uygulanırsa, magnetik alan meydana gelmeyip bobin devrede bir direnç özelliği gösterir.Şekil içinden akım geçen bobindeki Magnetik alan kuvvet çizgileri
24Zıt Elektro Motor Kuvveti (EMK) Bobin içerisindeki kuvvet çizgilerinin değişimi, bobinde zıt elektromotor kuvvet (zıt EMK ) adı verilen bir gerilim endükler. Bu gerilimin yönü Şekil 1.30 'da gösterilmiş olduğu gibi kaynak gerilimine ters yöndedir. Dolayısıyla da zıt EMK, bobinden, kaynak geriliminin oluşturduğu akıma ters yönde bir akım akıtmaya çalışır. Bu nedenledir ki, kaynak geriliminin oluşturduğu "I" devre akımı, ancak T/4 periyot zamanı kadar geç akmaya başlar.Zıt EMK 'nın işlevi, LENZ kanunu ile şöyle tanımlanmıştır.LENZ kanununa göre zıt EMK, büyümekte olan devre akımını küçültücü, küçülmekte olan devre akımını ise büyültücü yönde etki yapar.
25Endüktif Reaktans (XL): Bobinin, içinden geçen AC akıma karşı gösterdiği dirence endüktif reaktans denir. Endüktif reaktans XL ile gösterilir. Birimi "Ohm" dur. Şöyle ifade edilir:XL = ω.L 'dir. ω = 2.π.f olup yerine konulursa, XL = 2.π.f.L ohm olur.ω : Açısal hız (Omega) f: Uygulana AC gerilimin frekansı birimi, Herzt (Hz) 'dir. L: Bobinin endüktansı olup birimi, Henry (H) 'dir.Şekil Zıt EMK 'nın etkisi
26"L" nin değeri bobinin yapısına bağlıdır. Bobinin sarım sayısı ve kesit alanı ne kadar büyük olursa, "L" o kadar büyük olur. Dolayısıyla AC akıma gösterdiği dirençte o oranda büyür."L" nin birimi yukarıda da belirtildiği gibi Henry (H) 'dir. Ancak genellikle değerler çok küçük olduğundan "Henry" olarak yazımda çok küsürlü sayı çıkar.Bunun için miliHenry (mH) ve mikrohenry (µH) değerleri kullanılır.Henry, miliHenry ve mikroHenry arasında şu bağıntı vardır.MiliHenry (mH) :1mH = 10¯³ H veya 1H = 10³mH MikroHenry (µH) : 1µH = 10¯⁶ H veya 1H = 10⁶ µH 'dir.
27Karşılıklı Endüktans (M): Aynı nüve üzerine sarılı iki bobinin birinden akım geçirildiğinde, bunun nüvede oluşturduğu kuvvet çizgileri diğer sargıyı da etkileyerek, bu sargının iki ucu arasında bir gerilim oluşturur. Bu gerilime endüksiyon gerilimi denir.Bu şekilde iletişim, karşılıklı (ortak) endüktans denen belirli bir değere göre olmaktadır.Karşılıklı endüktans (M) ile gösterilir ve şu şekilde ifade edilir:M=√L1.L2 L1 ve L2, iki bobinin self endüktansıdır.M 'in birimi de Henry(H) 'dir.Şöyle tanımlanır:Aynı nüve üzerindeki iki bobinin birincisinden geçen 1 amperlik AC akım 1 saniyede, ikinci bobinde 1V 'luk bir gerilim endükliyorsa iki bobin arasındaki karşılıklı endüktans M=1 Henry 'dir.Bobinler seri bağlanırsa toplam endüktans: L=L1+L2+L olur. Aynı nüve üzerindeki iki bobin seri bağlanırsa: L=L1+L2±2M olur.Şekil 1.31 'de değişik bobin görüntüleri verilmiştir.
30Bobinin Kullanım Alanları: Bobinin elektrik ve elektronikte yaygın bir kullanım alanı vardır. Bunlar kullanım alanlarına göre şöyle sıralanabilir.Elektrikte: Doğrultucular da şok bobini Transformatör Isıtıcı v.b. Elektromıknatıs (zil, elektromagnetik vinç)Elektronikte: Osilatör Radyolarda ferrit anten elemanı (Uzun, orta, kısa dalga bobini) Telekomünikasyonda frekans ayarı (ayarlı göbekli bobin) Telekomünikasyonda röle Yüksek frekans devrelerinde (havalı bobin)Özellikle de radyo alıcı ve vericilerinde de anten ile bağlantıda değişik frekansların (U.D,O.D,KD) alımı ve gönderiminde aynı ferrit nüveyi kullanan değişik bobinler ve bunlara paralel bağlı kondansatörlerden yararlan
31a) Ayarlı hava nüveli bobin b) Ayarlı demir nüveli bobin c) Ayarlı ferrit nüveli bobin d) Sabit hava nüveli bobinler e) Demir çekirdekli bobin f) Şiltli ses frekansı şok bobini g) Güç kaynağı şok bobini h) Toroid i) Şiltli, yüksek endüktanslı şok bobini
32BOBİN HESABI Bobin hesaplanırken: Bobin boyu (l) cm Bobin çapı (D)cm Bobin sarım sayısı (n) ‘’Spir sayısı,,Bobin değeri (L) µHFormülü ile hesaplanır.L = D.k.n².10¯³ k=100.D/11.l + 4D
33Diğer bir formül de aşağıdaki gibidir L=d².n²/23.d+25.l µH dir Bu formülde: L= µH olarak bobin değeri n= bobinin spir sayısı d= bobinin yarı çapı cm l= bobinin uzunluğu cm
34RLC DEVRELERİ RC ile RL ile RLC ile seri yada paralel bağlana bilir. Empedans: Z=√R²+(Xc)² Xc=1/2ΠfC Empedans: Z=√R²+(XL)² XL=2ΠfLEmpedans: Z= √R²+(XL-Xc)²XL>Xc ise endüktif’tirXL<Xc ise kapasitif‘tirXL=Xc ise REZONANS TADIR.
35Rezonans devreleri Rezonans şartı: XL=Xc dir. 2ΠfL=1/2ΠfC olduğundan,4Π²f²LC=1 olurf²=1/4Π²LC eşitliğin her iki yanı nın kökü alındığında:f=1/2Π√LC rezonans formülü bulunur.Bu formülde:f=Hz olarak frekans. L= Henri olarak bobin değeri. C= Farat olarak kondansatör değeri.
36Kolaylık bakımından f=159/√LC Formülü kullanılır. Bu formülde: f=MHz olarak frekans.L=µH olarak bobin değeri.C=pF olarak kondansatör değeri.F=927khzC=100pfL=?
37SERİ VE PARALEL REZONANSIN KAŞILAŞTIRILMASI Seri rezonanstaParalel rezonanstaAkım maksimumdur. Empedans minimumdur. Rezonans frekansını geçirir, Alt ve üst frekansları geçirmez. Bant genişliği=fo/Q Q= Kalite faktörüdür. Q=ɯL/RAkım minimumdur. Empedans maksimumdur. Rezonans frekansını geçirmez Alt ve üst frekansları geçirir. Bant genişliği=fo/Q Q=ɯL/R ɯ=2Πf dir.