rayli sİstemler teknolojİsİ · raf Üzerinde montajlı cihazlar: büyük elektronik ölçme ve...

86
T.C. MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ ELEKTRONİK DEVRELER VE SİSTEMLER-2 ANKARA 2013

Upload: others

Post on 23-Jul-2020

12 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

T.C.

MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI

RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ

ELEKTRONİK DEVRELER VE SİSTEMLER-2

ANKARA 2013

Page 2: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

Milli Eğitim Bakanlığı tarafından geliştirilen modüller;

Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığının 02.06.2006 tarih ve 269 sayılı Kararı

ile onaylanan, Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında kademeli

olarak yaygınlaştırılan 42 alan ve 192 dala ait çerçeve öğretim

programlarında amaçlanan mesleki yeterlikleri kazandırmaya yönelik

geliştirilmiş öğretim materyalleridir (Ders Notlarıdır).

Modüller, bireylere mesleki yeterlik kazandırmak ve bireysel öğrenmeye

rehberlik etmek amacıyla öğrenme materyali olarak hazırlanmış, denenmek

ve geliştirilmek üzere Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında

uygulanmaya başlanmıştır.

Modüller teknolojik gelişmelere paralel olarak, amaçlanan yeterliği

kazandırmak koşulu ile eğitim öğretim sırasında geliştirilebilir ve yapılması

önerilen değişiklikler Bakanlıkta ilgili birime bildirilir.

Örgün ve yaygın eğitim kurumları, işletmeler ve kendi kendine mesleki

yeterlik kazanmak isteyen bireyler modüllere internet üzerinden ulaşabilirler.

Basılmış modüller, eğitim kurumlarında öğrencilere ücretsiz olarak dağıtılır.

Modüller hiçbir şekilde ticari amaçla kullanılamaz ve ücret karşılığında

satılamaz.

Page 3: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

i

AÇIKLAMALAR ................................................................................................................... iii GİRİŞ ....................................................................................................................................... 1 ÖĞRENME FAALİYETİ–1 .................................................................................................... 3 1. ELEKTRONİK SİSTEMLER .............................................................................................. 3

1.1. Elektronik Cihazlar ve Amplifikasyon.......................................................................... 3 1.1.1. Elektronik Devreleri Kapsülleme .......................................................................... 5 1.1.2. Elektronik Cihazlarda Kullanılan Yükselteç Devreleri ......................................... 5

1.2. Ses ve Radyo Frekans Devreleri ................................................................................. 10 1.2.1. Ses Seviyesinin Ölçülmesi ................................................................................... 11 1.2.2. Ses Seviyesinin Yükseltilmesi ............................................................................. 12 1.2.3. Ortak Emiterli Amplifikatörleri Birleştirmek ...................................................... 13 1.2.3.1. Transformatör Kuplajı ...................................................................................... 13 1.2.4. Ses ve Radyo Frekans Sinyallerinin Taşınması ................................................... 16

1.3. Osilatörler, Geri Besleme ve Dalga Şekillendiriciler .................................................. 18 1.3.1. Geri Besleme ve Bağlantı Türleri ........................................................................ 19 1.3.2. Osilatörler ............................................................................................................ 22 1.3.2.2. Wien Köprü Osilatörü....................................................................................... 23

1.4. Elektronik Güç Kaynağı Sistemleri ............................................................................ 26 1.4.1. DA Güç Kaynağı ................................................................................................. 26 1.4.1.1. Transformatörler ............................................................................................... 26 1.4.2. Transformatörsüz DA Güç Kaynakları ................................................................ 36 1.4.3. Anahtarlamalı (Switch mod) Güç Kaynakları ..................................................... 37 1.4.4. Büyük Güçlü Sanayi Tipi Güç Kaynakları .......................................................... 38 1.4.5. Kesintisiz Güç Kaynakları ................................................................................... 39

1.5. Endüstriyel Amplifikasyon Sistemleri ........................................................................ 40 1.5.1. İşlemsel Yükselteçlerin Fark Yükselteci Olarak Kullanılması ............................ 40 1.5.2. Üç Adet İşlemsel Yükselteç İle Endüstriyel Yükselticinin Yapılması ................ 44 1.5.3. Çeşitli Endüstriyel Yükselteç Örnekleri ve Temel Uygulama Devreleri ............. 45

1.6. Servo ve Kontrol Sistemleri ........................................................................................ 46 1.7. Pals ve Lojik Devreler................................................................................................. 47

1.7.1. Pals Devreleri ...................................................................................................... 47 1.7.2. Lojik Devreler ...................................................................................................... 49

1.8. Programlanabilir Kontrolörler ve Mikroişlemciler ..................................................... 51 1.9. Fiber Optikler .............................................................................................................. 52

1.9.1. Bant Genişliği ve Optik Güç ................................................................................ 54 1.9.2. Optik Kaynak ve Alıcılar ..................................................................................... 55 1.9.3. Kaynak ve Alıcıların Sürücü Devreleri ............................................................... 56 1.9.4. Sinyal Çoğullama ................................................................................................ 57 1.9.5. Modülasyon ......................................................................................................... 57

UYGULAMA FAALİYETİ .............................................................................................. 58 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME .................................................................................... 59

ÖĞRENME FAALİYETİ–2 .................................................................................................. 60 2. TEMEL ENDÜSTRİYEL SİSTEMLER ........................................................................... 60

2.1. Endüstriyel Sistemlerin Temelleri .............................................................................. 60 2.1.1. Açık ve Kapalı Döngü Sistemleri ........................................................................ 61

2.2. Dijital ve Analog Sistemler ......................................................................................... 62

İÇİNDEKİLER

Page 4: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

ii

2.3. Yazılım ve Programlama ............................................................................................ 64 2.4. Bilgisayar Destekli Kontrol Sistemleri ....................................................................... 66

2.4.1. Kayıt Sistemi ....................................................................................................... 67 2.4.2 Denetleyici Sistemler ............................................................................................ 67 2.4.3 Birim Kontrol Sistemleri ...................................................................................... 68 2.4.4. Direkt Sayısal Kontrol ......................................................................................... 69 2.4.5. Özel Amaçlı Bilgisayarlar ................................................................................... 69 2.4.6. Dağılmış Sistemler .............................................................................................. 70

2.5. Arabirim Prensipleri .................................................................................................... 71 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME .................................................................................... 75

MODÜL DEĞERLENDİRME .............................................................................................. 76 CEVAP ANAHTARLARI ..................................................................................................... 78 KAYNAKLAR ....................................................................................................................... 80

Page 5: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

iii

AÇIKLAMALAR

KOD 523EO0087

ALAN Elektrik Elektronik Teknolojisi

DAL/MESLEK Endüstriyel Bakım Onarım

MODÜLÜN ADI Elektronik Devreler ve Sistemler2

MODÜLÜN TANIMI Elektronik devreler ve sistemlerle ilgili temel

bilgi ve becerilerin kazandırıldığı öğrenim materyalidir.

SÜRE 40/32

ÖN KOŞUL Elektronik Devreler ve Sistemler1 modülünden

başarılı olmak.

YETERLİK Elektronik devreleri ve sistemleri verimli olarak

kullanmak arızalarını gidermek.

MODÜLÜN AMACI

Genel Amaç

Gerekli ortam sağlandığında, elektronik sistemleri

verimli olarak kullanabilecek, arızalarını

giderebileceksiniz.

Amaçlar

1. Elektronik sistemleri verimli olarak kullanabilecek,

arızalarını giderebileceksiniz

2. Temel endüstriyel sistemleri verimli olarak

kullanabilecek arızalarını giderebileceksiniz.

EĞİTİM ÖĞRETİM

ORTAMLARI VE

DONANIMLARI

Atölye ve laboratuar ortamı, Analog avometre,

Dijital avometre, Osilaskop, Sinyal jeneratörü,

Frekansmetre, Ayarlı DA güç kaynağı, Lehim

makinesi, Lehim teli, Lehim pastası, Pense,

Kargaburnu, Anahtar takımı, Tornavida takımı

ÖLÇME VE

DEĞERLENDİRME

Her faaliyet sonrasında o faliyetle ilgili

değerlendirme soruları ile kendi kendinizi

değerlendireceksiniz.

Öğretmen modül sonunda size ölçme aracı

(uygulama, soru-cevap) uygulayarak modül

uygulamaları ile kazandığınız bilgi ve becerileri ölçerek

değerlendirecektir.

AÇIKLAMALAR

Page 6: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

iv

Page 7: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

1

GİRİŞ

Sevgili Öğrenci,

ElektrikElektronik alanında teknolojik gelişmeler çok hızlı olmakta, her geçen gün

yeni bir elektronik cihazla karşılaşmaktayız. Elektronik cihazlar hayatımızın her alanında

işlerimizi kolaylaştıran, yaşam kalitemizi yükselten vazgeçemeyeceğimiz bir yardımcı

durumundadır. Özellikle endüstride verimliliğin ve kalitenin artması, tamamen bu alanda

kullanılan elektronik cihazlar sayesinde olmuştur. Bu nedenle de elektronik cihazların

kullanılması, tamir ve bakımı ile ilgili meslekler her zaman için en gözde meslekler

arasındadır.

Bu modül, daha önce almış olduğun elektronik devreler ve sistemler-1 modülünün

devamı niteliğindedir. Elektronik cihazların yapımında kullanılan temel elektronik devreler

anlatılmaya devam edilmiş ve endüstriyel sistemlere temel düzeyde değinilmiştir. Bu modülü

başarı ile tamamladığında elektronik sistemleri verimli bir şekilde kullanmak, arızalarını

tamir etmek ve bakımını yapmak için gerekli bilgi, beceri ve alışkanlıkları kazanacaksın.

Her ne kadar elektronik alanında çok hızlı teknolojik gelişmeler yaşansa bile temel

yaklaşımlar değişmemektedir. Elektronik devreleri ve sistemleri tanımak, kullanımını ve

arızalarını giderebilmek senin için geniş iş olanakları sağlayacaktır.

Q1

R1

C1

R2

R3

C2

+Vcc

Giriş

Q2

R4

C3

R5

R6

C4

+Vcc

Çıkış

TR1

TR2 TR3

GİRİŞ

Page 8: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

2

Page 9: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

3

ÖĞRENME FAALİYETİ–1

Uygun atölye ve laboratuar ortamı sağlandığında elektronik sistemleri kullanabilecek

arızalarını giderebileceksiniz.

Bu faaliyete başlamadan önce yapmanız gereken öncelikli araştırmalar şunlardır;

Amplifikatör devrelerinin nerelerde kullanıldığını araştırınız.

Yapısında mikroişlemci veya mikrokontrolör bulunan kullandığınız elektronik

cihazları araştırınız.

Araştırma işlemleri için internet ortamını, bu konuda yayımlanmış olan firma

kataloglarını ve modülün sonunda belirtilen kaynakların ilgili bolümlerini incelemeniz

gerekmektedir. Ayrıca elektronik cihazların tamir ve bakım işlemlerini yapan kişilerden ön

bilgi edininiz.

1. ELEKTRONİK SİSTEMLER

1.1. Elektronik Cihazlar ve Amplifikasyon

Endüstriyel uygulamalarda verilerin toplanması, işlenmesi, verilere uygun çıktıların

alınması, başka elektronik devrelere bu çıktıların iletilmesi, endüstriyel makinelerin kontrol

edilmesi büyük önem taşır. Elektronik cihaz, elektrik akımı, gerilim, direnç, güç, uzunluk,

ağırlık, hacim, kuvvet, yoğunluk, basınç, titreşim, sıcaklık, nem, vakum, viskozite, uzama,

yer değiştirme, kimyasal analiz gibi fiziksel bir veriyi uygun transdüserleri kullanarak alır.

İşlemlerden geçirerek uygun çıktıları oluşturur. Gerektiğinde başka devre ve sistemlerle

haberleşerek veri transferi yapar veya kendisine gelen verilere uygun olarak endüstriyel

makineleri kontrol eder.

Elektronik cihazlar genellikle bir teknisyen veya operatör tarafından sıklıkla kullanılır.

Bu nedenle fiziksel yapıları ve montaj yerleri önem kazanır. Montaj yeri bakımından beş ayrı

guruba ayrılabilir. Bunlar:

Kullanım Yerinde Montajlı

Pano Üzerinde Montajlı

Tezgah Üzerinde Kullanılan

Raf Üzerinde Montajlı

Portatif (taşınabilir) cihazlardır.

ÖĞRENME FAALİYETİ–1

AMAÇ

ARAŞTIRMA

Page 10: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

4

Kullanım Yerinde Montajlı Cihazlar: Elektronik cihazların ölçülen veya

kontrol edilen fiziksel prosese yakın olması gerekli olan durumlarda cihaz

kullanım yerine montaj edilir. Genellikle sensör ve transdüserlere bağlanan

sinyal ile veri elde etme alt sistemleri bu şekilde işletme sahasına montaj edilen

cihazlardır. Cihazın sahaya montajı, yüksek sıcaklık, fiziksel darbe, çamur, su,

yağ ve toz gibi sert çevresel koşullara maruz kalmasına neden olur. Bu nedenle

montaj yerinde metal veya plastik döküm muhafazalar kullanılır. Muhafazalar

gerekli standartları taşıyacak şekilde dayanıklı ve sızdırmaz yapıdadır.

Pano Üzerinde Montajlı Cihazlar: İşletme sahasında kontrol ve okuma

gerektiren çeşitli cihazlar bir pano üzerine, bağlantıları ve diğer sistem

elemanları da bir kabin içine montaj edilir. Kabin mekanik dayanımı yüksek ve

sızdırmaz yapıdadır. Kabinin montaj yeri ve cihazın kabin üzerindeki yeri,

kolay ulaşılabilecek ve okunacak şekilde seçilir.

Tezgâh Üzerinde Kullanılan Cihazlar: Bir harici güç kaynağı gerektiren,

fakat aynı zamanda belli oranda taşınabilme özelliğine sahip tezgâh üzerinde

kullanılan cihazlardır. Cihazın boyutları, ayar ve bağlantı uçları tezgah üzerinde

çalışma dikkate alınarak dizayn edilmiştir. Kullanıcı girişleri kullanımda

kolaylık bakımından cihazın ön yüzündedir. Rahat bir okuma açısından büyük

ve net bir gösterge mevcuttur. Cihazın taşıma sapı katlanabilir ve tezgâh

üzerinde açılı durmasını sağlayacak şekilde dizayn edilmiştir.

Resim 1.1: Tezgâh üzerinde kullanılan bir cihaz

Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol

sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler içerisine

montaj edilir. Bu kabinler tezgâha, serbest veya duvara montaj için kullanılır.

Daha küçük modüller ufak raflara yerleştirilip daha sonra 19 inç’lik kabin içine

civatalanır.

Taşınabilir Cihazlar: Boyutları ve elektronik devre güç tüketimleri az olan, sık

kullanılan, gerektiğinde rahat taşınabilen cihazlardır. Batarya ile çalışırlar. Bu

Page 11: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

5

nedenle dikkat edilmeli, cihaz kullanılmadığı sürece kapalı tutulmalıdır. Uzun

süre kullanılmayıp bir depoya kaldırılacakları durumlarda içinde batarya

bırakılmamalıdır.

Resim 1.2: Taşınabilir cihazlar

1.1.1. Elektronik Devreleri Kapsülleme

Sürekli titreşime ve çok ağır koşullara maruz kalacak elektronik eleman gurupları

bazen kapsüllenir. Bu guruplar genelde epoksi reçine olmak üzere uygun malzemeler

kullanarak kalıba alınır. Kalıp malzemesi, parçaları bulundukları pozisyonda sıkı bir biçimde

tutmakta, buna ilaveten cihazın maruz kalacağı ortamlara karşıda korumaktadır. Gerilmelere,

sıcaklıkla oluşacak genleşmelere karşı bazen sertleştirici reçineye ilaveten esnek silikon veya

kauçukta kullanılır. Bazı epoksiler 300o C kadar dayanıklıdır. Daha yüksek ısılarda (450

0C)

dayanımlarını kaybeder ve erimeye başlar. Kapsülleme sırasında veya sonradan oluşacak bir

arıza durumunda kapsüllenmiş gurup atılır. İçerdeki parçalar kendileri ısıya dayanıklı ise

tekrar kullanılabilir.

1.1.2. Elektronik Cihazlarda Kullanılan Yükselteç Devreleri

Endüstriyel bir sistemde toplanan veriler analog ya da sayısal özelliktedir. Cihazlar,

sayısal verileri genellikle herhangi bir ön işleme tabi tutmadan doğrudan değerlendirmeye

alabilir. Fakat analog veriler genellikle yeterli büyüklükte olmadığından öncelikle yükseltilir,

daha sonra değerlendirilir. Cihazlarda analog verilerin işlenmesi için en çok işlemsel

yükselteçler (Operasyonel Amplifikatörler, Op-Amp) kullanılır.

1.1.2.1. İşlemsel Yükselteçler

Elektronik devrelerin vazgeçilmez elemanlarından olan işlemsel yükselteçlerin genel

özelliklerini şu şekilde sıralayabiliriz.

Giriş empedansları çok yüksektir. Bu nedenle kendilerinden önceki devreyi aşırı

yüklemezler.

Kazançları (yükseltme oranları) çok yüksektir.

Çıkış empedansları çok küçüktür.

Page 12: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

6

Band genişlikleri 1 Mhz civarındadır.

Besleme tek kaynaktan ya da simetrik bir kaynaktan yapılır.

İki giriş ucu arasına sinyal uygulanmadığı zaman yükselteç çıkışı sıfır olur.

İşlemsel yükselteçler değişik devre bağlantıları yapılarak ters çeviren, ters

çevirmeyen, AC kuplajlı ters çevirmeyen, toplayıcı, fark alıcı, integral alıcı, türev alıcı, faza

duyarlı algılayıcı, logaritmik, ters logaritmik, yarım dalga doğrultucu, tam dalga doğrultucu

yükselteç olarak kullanılırlar. İşlemsel yükselteçlerin bu farklı uygulamaları şekil 11’de

görülmektedir.

R1

+

-

RF

Vi

Vo

(a)Ters Çeviren DC Yükselteç

R1

+

-

RF

Vi1

Vo

R2

R3

Vi2

Vi3

(c)Toplayıcı Yükselteç

R1

+

-RF

Vi

Vo

(b)Ters Çevirmeyen DC Yükselteç

R1

+

-

RF

Vi

Vo

(d)AC Ters Çevirmeyen Yükselteç

C1

R2 +

-

R5

Vi

Vo

CF

C1

(f)Türev Alıcı Devre

R1

+

-

RF

Vi2

Vo

RF

R1Vi1

(e)DC Fark Yükselteci

R1

+

-

RF

Vi

Vo

CF

(g)İntegral Alıcı Devre

R

+

-

R

ViVo

R

D1

D2

(ı)Yarım Dalga Doğrultma

R1

+

-

RF

VoR2Vi

(h)Faza Duyarlı Algılayıcı.

Vg faz

Page 13: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

7

R

+

-

R

Vi

R

D1

D2

(i)Tam Dalga Doğrultma

R/2

+

-

R

Vo

R

R1

+

-

RB

Vi Vo

RA

D

(k)Logaritmik Yükseltme

Şekil 1.1: İşlemsel yükselteçlerin değişik uygulamaları

Çeviren ve çevirmeyen girişleri arasındaki fark sıfır olduğunda çıkışında sıfır olması

beklenir. Ancak içyapısındaki elemanlar yüzde yüz özdeş olamadığından çıkış gerilimi

sıfırdan farklı olabilir. Bu durumu düzeltmek için off-set ayar ucu çıkarılmıştır. Şekil

12(a)’da görüldüğü gibi potansiyometre kullanarak çıkış off-set ayarı yapılır. Tek girişin

kullanıldığı durumlarda çıkış off-set ayarı şekil 1–2(b)’de görüldüğü gibi de yapılabilir.

R1

+

-

RF

Vi

Vo

(a)Off-set Ucundan Ayar

R2

P

+Vcc

-Vcc

15

R1

+

-

RF

Vi

Vo

R2

+Vcc

-Vcc

R3P

+Vcc -Vcc

(b) Bir Giriş Ucu İle Ayar

Şekil 1.2: İşlemsel yükselteç offset ayarı

1.1.2.2. Kıyıcı Dengelenmiş Yükselteçler ve Komütasyonlu Otomatik Sıfırlamalı (CAZ)

Yükselteçler

Yukarıda çıkış offset gerilimini sıfırlamak için şekil 12’daki devreleri önermiştik.

Fakat dışarıdan bağlanmış bir potansiyometre ile ayar yapmak kalıcı bir çözüm değildir.

Besleme geriliminde oluşacak dalgalanmalar, sıcaklık değişimleri offset ayarının zaman

içinde değişmesine neden olur. Şekil 1–2(b) daha dikkatli incelenirse giriş sinyali olmadığı

durumda, çıkışı sıfırlamak için iki giriş arasında fark oluşturulduğu görülür. İşlemsel

yükselteçlerde çıkışı 0 V’a çekmek için girişler arasında olması gereken doğru gerilim

farkına giriş kayma gerilimi denilir. İdealde 0 V olması gereken giriş kayma gerilimi pratikte

5–50 milivolttur. Büyük sinyallerle yapılan çalışmalarda birkaç milivoltluk kayma gerilimi

göz ardı edilebilir. Fakat bir transdüser, ölçü aleti veya ölçme cihazında olduğu gibi çıkış

geriliminin bir fiziksel niceliği temsil ettiği uygulamalarda kayma gerilimi ciddi hatalara

Page 14: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

8

neden olur. Çıkış gerilimi oda sıcaklığında 0 V’a ayarlanmış bile olsa, bu değer sıcaklıktaki

değişmelere bağlı olarak değişecektir. Her 10C sıcaklık değişimi için, giriş kayma

geriliminde oluşan değişimlerin başlangıçtaki değere oranlarına “giriş kayma gerilim sıcaklık

katsayısı” denilir. Pratikte giriş kayma gerilim sıcaklık katsayısı 2–4 V/0C civarındadır.

Çok küçük giriş kayma gerilimi ve çok küçük giriş kayma gerilim sıcaklık katsayısı

elde etmek için, kıyıcı dengelenmiş yükselteçler ile komütasyonlu otomatik sıfırlamalı

(CAZ) yükselteçler geliştirilmiştir. Şekil 1–3(a)’da kıyıcı dengelenmiş yükselteç

görülmektedir. Bu yükselteçlerde giriş sinyali frekans değerine göre iki yola bölünür. DC ve

alçak frekanslı sinyaller alçak geçiren bir filtre üzerinden modülatöre gönderilir. Modüle

edilmiş sinyal (artık AC sinyale dönüşmüştür) bir AC yükselteç ile yükseltilir, tekrar

demodüle edilir ve filtre edilerek esas yükseltece iletilir. Böylece DC ve alçak frekanslı

sinyaller kayma gerilimine sahip olmayan AC yükselteç tarafından yükseltilmiş olur.

Böylece giriş kayma gerilimi 15–50 V civarına, sıcaklık katsayısı ise 0,1–1 V/0C

aralığına indirilmiş olur.

Komütasyonlu otomatik sıfırlamalı (CAZ) yükselteç, iki adet işlemsel yükseltecin iki

durumlu çalışması ile elde edilir. Birinci durumda; 1. yükselteç aktif olurken çevirmeyen

girişine C1 kondansatörü seri bağlıdır ve 2. yükselteç giriş kayma gerilimini C2

kondansatörüne şarj eder. İkinci durumda ise; 2. yükselteç aktif olurken çevirmeyen girişine

C2 kondansatörü seri bağlıdır ve birinci yükselteç giriş kayma gerilimini C1 kondansatörüne

şarj eder. Böylece giriş kayma gerilimi C1 ve C2 kondansatörlerinde hafızaya alınarak bir

sonraki durumda çevirmeyen girişe seri bağlanıp giriş kayma geriliminin etkisi sıfırlanmaya

çalışılır. Birinci ve ikinci durum yaklaşık 3 ms aralıklarla sürekli tekrarlanır. Bu

yükselteçlerde giriş kayma gerilimi 2 V civarında ve sıcaklık katsayısı 0,05 V/0C

civarındadır. Komütasyonlu otomatik sıfırlamalı (CAZ) yükseltecin iki durumlu çalışması

şekil 1–3(b)’de görülmektedir.

R1Vi

R

VoR2

R2

C

C

Modülatör

AC Yükselteç

Demodülatör

Alçak Geçiren Filtre

Alçak Frekanslar

ve DC Sinyaller

+

-

(a) Kıyıcı Dengelenmiş Yükselteç

Page 15: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

9

C1

R

C2

+

-

+

-

+Giriş

-Giriş

Otomatik

C1

R3

C2

+

-

+

-

+Giriş

-Giriş

1.Durum 2.Durum

(b) Komütasyonlu Otomatik Sıfırlamalı Yükselteç

Sıfırlama

Otomatik

Sıfırlama

Şekil 1.3: (a) Kıyıcı dengelenmiş yükselteç (b) Komütasyonlu otomatik sıfırlamalı

(CAZ)yükselteç

1.1.2.3. Yük Yükselteçleri

Akselerometrelerde, basınç dönüştürücülerinde ve yük hücrelerinde kullanılan

piezoelektrik kristaller elektrik yük çıkışları üretirler. Şekil 14’de görülen yük yükselteçleri,

elektrik yükü miktarını gerilime çevirir.

Vo

R2

C1

CF

+

-

CS

qi

Şekil 1.4: Yük yükselteci

1.1.2.4. ÖrnekleTut Yükselteçleri

Analog sayısal dönüştürücülerde olduğu gibi bazen girişin çevrim işlemi boyunca

sabit tutulması istenilir. Bu tür uygulamalarda kullanılmak üzere iki durumlu çalışan örnekle

ve tut (S ve H) yükselteçleri geliştirilmiştir. İzleme ve tutma yükselteçleri olarak da bilinen

bu yükselteçlerin, çıkışın girişi izlediği örnekle veya izle durumu ile tut komutunun geldiği

anda girişin kilitlenerek değerini koruduğu tutma durumu olmak üzere iki çalışma modu

Page 16: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

10

vardır. Yükseltecin çalışma durumunu genelde TTL seviyelerindeki mantıksal sinyaller

belirler. Bu yükselteçlere LF198, LF298 ve LF398 entegre yükselteçleri örnek olarak

verilebilir. Şekil 15’da bir örnekle ve tut yükselteci görülmektedir.

Vo

C1

+

-

+

-

ViA1

A2

Mantıksal

KontrollüAnahtar

C1

Analogsinyal

+V-V

Vo

0 V

+5 V

Tut

Örnekle

LF198

(a) (b)

1

34

5

67

8

Şekil 1.5: (a) Örnekletut yükselteci prensip şeması (b) LF198 Örnekletut entegresi

1.2. Ses ve Radyo Frekans Devreleri

Ses, elastik bir cisimde meydana gelen titreşimler sonucu oluşur. Cismin bulunduğu

katı, sıvı veya gaz ortam içinde basınç değişimleri oluşturarak dalga şeklinde yayılır. Bir

gitar teline dokunulduğunda titreşmeye başladığını görürüz. Aynı zamanda kulağımızla da

sesi duyarız. Gitar telinde meydana gelen titreşim çevresindeki havada basınç değişimleri

oluşturur. Bu basınç değişimleri dalga şeklinde yayılarak kulağımıza kadar gelir ve kulak

zarımız tarafından algılanır. Ses kaynağı tarafından oluşturulan titreşimlerin zamana göre

değişimleri kâğıt üzerine çizildiğinde şekil 21’de görülen ses dalgası oluşur. Ses dalgasının

genliği, sesin şiddetini belirler. Titreşimlerin zaman içindeki oluşma sıklığı ise sesin

frekansını belirler. Temel ses dalgası şekil 2–1(a)’da görüldüğü gibi sinüzoidaldir. Diğer

bütün karmaşık sesler bu sinüs dalgasının değişik harmoniklerinin toplamı şeklindedir.

(a) (b)

Şekil 2.1: (a) Temel ses dalgası (b) Karmaşık ses dalgası

İnsan kulağı 20 Hz ile 20.000 Hz arasında değişen frekanslardaki sesleri duyabilir. Her

canlı türünün duyduğu ses frekans aralığı farklıdır. Örneğin; sivrisinekler bizim

duyamadığımız daha yüksek frekanslardaki sesleri duyabilmektedir. Sesin duyulması sesin

şiddetine de bağlıdır.

Page 17: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

11

1.2.1. Ses Seviyesinin Ölçülmesi

Bir oda da ses kaynağı olduğunu düşünelim. Bu ses kaynağı belli bir ses gücünü dışarı

yayacaktır ve bu güç oda içinde ses basıncına dönüşecektir. Ses basıncı seviyesi duvardan

yansıyan ses miktarı, komşu odalara iletilen ( ve geri dönmeyen) ses miktarı vb. şeylere bağlı

olarak değişiklik gösterecektir. Odanın yapısı, içindeki eşyalar v.b birçok etkenden dolayı

ses basıncı her noktada aynı değildir. Biz bulunduğumuz noktada kulağımıza uygulanan ses

basıncını algılarız. İnsan kulağı en az 20 µPascal değerindeki ses basıncını duyabilir ve bu

değere duyma eşiği denilir. Duyma eşiğinden çok daha yüksek sesleri de duyabilmekteyiz.

Duyabildiğimiz en küçük ses basıncı ile kulağın dayanabildiği en yüksek ses basıncı arasında

bir milyon katına yakın bir oran vardır. Ses gücünün ses basıncının karesi ile değiştiğini

dikkate aldığımızda, algılanabilen en küçük ses gücü ve en büyük ses gücü arasında bir

trilyon katına yakın bir oran söz konusudur. Bu durum ses seviyesinin tespitinde direk basınç

veya güç değerini kullanmayı zorlaştırır. Direk güç veya basınç değerini kullanmak yerine

bir ses kaynağı ile diğer bir ses kaynağını karşılaştırmak ve aradaki oranı logaritmik olarak

belirtmek daha kullanışlı bir yoldur. Değişik değerlerdeki ses güçleri desibel (dB) skalası ile

karşılaştırılır. Bu skala on tabanına göre alınmış logaritma ile gösterilen ses gücü cetvelidir.

Alexandre Graham Bell'in anısına onun soyadından esinlenerek “BELL” birim kabul edilmiş

ve onda biri olan, "DESİBELL" kullanılmıştır. Örneğin A ses kaynağı 10 watt gücünde, B

ses kaynağı 1 watt gücünde ise, A kaynağının ses gücü seviyesi;

WA=10 log

B

A

W

W dB'dir. WA=10 log

1

10 dB WA=10 dB olarak bulunur.

Bunun anlamı A kaynağının gücü B’den +10 dB kadar daha fazladır.

Ses seviyesinin kesin terimlerle ifade edilebilmesi için referans değere ihtiyaç vardır.

Duyma eşik değeri (20 µPascal ) referans değer olarak kabul edilmiş, bu değere karşılık

gelen güç referansı olarak ta “PİKOWATT” değeri tanımlanmıştır.

İstenmeyen seslere genel olarak gürültü diyebiliriz. Gürültü kelimesi sesin yüksekliği

ile birlikte rahatsız edici olmasını da ifade eder. Diskotekteki, sınıftaki, kütüphanedeki ses

seviyeleri ve rahatsızlık dereceleri farklıdır. Geceleri bir sivrisinek bile rahatsız olmamıza

yeterli olabilir. Bu nedenle gürültü değerlendirmesinde bulunulan ortam ve zaman önem

kazanır. Gürültü, duyma bozukluklarına sebep olduğu gibi motivasyon kayıbı, stres,

yorgunluk, yüksek kan basıncı v.b rahatsızlıklara da neden olur. Endüstriyel ve kentsel

gürültü günümüzde iş yaşamını ve günlük yaşamı olumsuz yönde etkilemekte, insan

sağlığını tehdit etmektedir. Çoğu ülkede hükümetler sanayi, inşaat çalışmaları, toplu

faaliyetler, eğlence mekânları gibi farklı aktivitelerin bir sonucu olarak ortaya çıkabilecek

gürültü miktarını düzenlemek amacıyla yasalar çıkarmıştır. Gürültünün azaltılması için

öncelikle gürültünün seviyesinin doğru şekilde ölçülüp analiz edilmesi gerekir. Böylece

gürültünün yapısı ortaya çıkacak, doğru önlemler alınabilecektir. Gürültü seviyesini ani

değer olarak veya etkin değer olarak ölçen ses analiz cihazları mevcuttur.

Page 18: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

12

Resim 2.1: Ses seviyesi ölçen cihazlar

1.2.2. Ses Seviyesinin Yükseltilmesi

Geniş salonlar ve açık alanlarda olduğu gibi birçok yerde bir kaynaktan yayılan sesin

duyulmaması problemi ile sıkça karşılaşılır. Sesin herhangi bir noktadan duyulması için, o

noktada ses basıncının duyma eşiğinden daha büyük olması gerekir. Ses basıncını artırmak

için kaynağın ses çıkış gücünün yeterince büyütülmesi şarttır. Ses kaynaklarının çıkış gücü

amplifikatör devreleri ile yükseltilir. Şekil 2-2’de sesin yükseltilmesi için kullanılacak

devreler bir blok şema ile gösterilmiştir.

Mikrofon

Mikrofon

Hoparlör

Ön Güç

Önyükselteci Yükseltici Yükseltici

Ön

Yükseltici

Şekil 2.2: Sesin seviyesinin yükseltilmesi

Mikrofon, ses dalgalarını elektriksel titreşimlere çeviren cihazdır. Piezo-elektrik,

elektrostatik, kapasitif ve elektromanyetik prensipleri kullanarak çalışan çeşitli mikrofonlar

yapılmıştır. Bir mikrofondan sesin bütün frekanslarını olduğu gibi elektrik sinyaline

dönüştürmesi istenilir.

Mikrofon çıkışında ses dalgalarının elektriksel kopyaları olan küçük elektrik sinyalleri

bulunur. Bu sinyallerin bozulmaya uğramadan yükseltilmeleri için küçük sinyal

amplifikatörleri kullanılır. Mikrofon ön yükselteci olarak adlandırılan bu amplifikatörlerde,

sinyal yükseltilerek daha sonraki yükseltici devre girişi için gerekli seviyeye çıkarılır.

Page 19: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

13

Yeteri kadar yükseltilen ses frekanslı elektrik sinyalleri hoparlörler tarafından yeniden

ses dalgalarına dönüştürülür. Hoparlörden çıkan ses dalgalarının gücü; hoparlör uçlarına

uygulanan ses frekanslı elektrik sinyallerinin genliği ve hoparlör akımına bağlıdır.

Hoparlörden yeteri kadar ses gücü alabilmek için güç amplifikatörü kullanmak gerekir. Güç

amplifikatörünü sürmek için, gerekli genlikte ve güçte elektrik sinyali elde edilmelidir.

Bunun için mikrofon ön yükseltici devrelerden sonra, yeteri kadar yükseltici devre arka

arkaya bağlanır.

1.2.3. Ortak Emiterli Amplifikatörleri Birleştirmek

Ortak emiterli amplifikatörler, ses frekans amplifikatörü, I-F amplifikatörü ve video

amplifikatörü olarak kullanılırlar. Yüksek değerde gerilim, akım ve güç kazancı sağlayan

amplifikatörlerdir. Bir amplifikatörün çıkışının daha sonraki bir amplifikatör girişine

bağlanmasına kuplaj denilir. Ortak emiterli amplifikatörlerde dört çeşit kuplaj yapılabilir.

Bunlar;

Transformatör Kuplajı

RC (Direnç-Kondansatör) kuplajı

Direkt kuplaj

Empedans kuplajıdır.

1.2.3.1. Transformatör Kuplajı

Bir kattan diğerine en büyük güç transferini yapabilmek için birinci katın çıkış

empedansı ile ikinci katın giriş empedansının eşit olması gerekir. Bu durumu maksimum güç

kuralından hatırlayabiliriz. İki kat arasında empedans uygunlaştırmak için ara transformatörü

kullanılabilir. Şekil 23’de ortak emiterli iki amplifikatör devresi ara transformatörü ile

birleştirilmiştir.

TR1 transformatörü giriş ile 1. amplifikatör arasında,

TR2 transformatörü 1. ve 2. amplifikatörler arasında,

TR3 transformatörü ise çıkış ile 2. amplifikatör arasında bağlantıyı sağlamaktadır.

Page 20: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

14

Q1

R1

C1

R2

R3

C2

+Vcc

Giriş

Q2

R4

C3

R5

R6

C4

+Vcc

Çıkış

TR1

TR2 TR3

Şekil 2.3: Transformatör kuplajlı ortak emiterli iki amplifikatörler

1.2.3.2. RC (Direnç-Kondansatör) Kuplajı

Kondansatör kuplajlı iki katlı amplifikatör devresi şekil 2–4(a)’da görülmektedir. Bu

birleştirme yönteminde büyük güç kayıpları ortaya çıkmaktadır. Fakat pratik olması

avantajdır. Güç kayıplarını azaltmak için son amplifikatör ile çıkış arasındaki bağlantıda

transformatör kullanılabilir. Bu durum şekil 2–4(b)’de görülmektedir.

Q1

R4

C1

R2

R1

C2

+Vcc

Giriş

C3R3

Q2

R7R6

R5

C4

+Vcc

C5R7

ÇıkışQ1

R3

C1

R1

C2

+Vcc

Giriş

C3R2

Q2

R6R5

R4

C4

+Vcc

Çıkış

TR1

(a) (b)

Şekil 2.4: (a) RC kuplajlı (b) RC kuplajlı çıkışı transformatörlü ortak emiterli iki amplifikatör

C1 kondansatörü giriş ile 1. amplifikatör arasında,

C3 kondansatörü 1. ve 2. amplifikatörler arasında,

C5 kondansatörü çıkış ile 2. amplifikatör arasında bağlantıyı sağlamaktadır. Şekil

24(b)’de C5 yerine TR1 transformatörü kullanılmıştır.

Page 21: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

15

1.2.3.3. Direkt Kuplaj

Ortak emiterli amplifikatörlerde direkt kuplaj da kullanılır. Bu birleştirme yönteminin

avantajı devre eleman sayısının az olması ve frekans responsunun (bütün frekansları aynı

oranda yükseltmek) düzgün olmasıdır. Direkt kuplajda amplifikatör katlarını oluşturan

transistörlerin ön gerilimlenmesi çok önemlidir. Şekil 2-5’de direkt kuplajlı iki katlı

amplifikatör devresi görülmektedir.

Q1

R4

C1

R2

R1

C2

+Vcc

Giriş

R3

Q2

R6 C3

+Vcc

R5

Çıkış

(a)

Şekil 2.5: Direkt kuplajlı ortak emiterli iki amplifikatörler

1.2.3.4. Empedans Kuplajı

RC kuplajlı devrede direnç kullanılması güç kaybına neden olduğu için direnç yerine

indükleme bobini kullanılarak kuplaj yapılabilir. Böyle bir bağlantıda yüksek güç verimi

sağlanır. Frekans karakteristiği transformatör kuplajından iyi, fakat RC kuplajdan kötüdür.

Empedans kuplajlı iki katlı amplifikatör devresi şekil 2-6’de görülmektedir.

Q1

R4

C1

R2

R1

C2

+Vcc

Giriş

C3

Q2

R7R6

R5

C4

+Vcc

C5

Çıkış

L1 L2

Şekil 2.6: Empedans kuplajlı amplifikatörler

Page 22: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

16

1.2.4. Ses ve Radyo Frekans Sinyallerinin Taşınması

Birçok uygulama da ses frekanslı elektrik sinyallerini, genel olarak elektromanyetik

dalgaları belirli mesafelerde taşımak gerekir. Örneğin mikrofonun bulunduğu yerden

amplifikatör devresine kadar, anten ile alıcı arasında, verici ile anten arasında, oyuncak bir

araba ile kumandası arasında, bir uydu ile yer istasyonu arasında olduğu gibi sinyal taşıma

zorunluluğu vardır. En kolay ve pratik çözüm olarak iletken hatları kullanmak akla gelebilir.

Fakat yüksek frekanslarda ortaya çıkan zorluklar ve kimi yerlerde kablo bağlantısı yapmanın

imkansız oluşu başka yöntemleri ortaya çıkarmıştır. Elektromanyetik dalgaların taşınmasında

ikili iletim hatları, koaksiyel kablolar, dalga kılavuzları, radyo frekans iletimi, fiber optik

kablolar ve optik iletişim yöntemleri kullanılır. Bu yöntemlerin kullanım alanları

dezavantajlarına ve üstünlüklerine göre değişir.

1.2.4.1. İkili İletim Hatları

İki iletkenin yan yana çekilmesi ile oluşan en temel iletim hattıdır. Doğru akım ya da

düşük frekanslı sinyallerin taşınmasında kullanılır. Birbirinden yalıtılmış yan yana iki iletken

hat olabileceği gibi dışı yalıtkanlı iletkenlerin birlikte büküldüğü bükülmüş çiftler şeklinde

de olabilir. Bazı durumlarda iki nokta arasında birden fazla iletim hattı gerekebilir. Bu tür

durumlar için birden fazla bükülmüş çift kablonun tek kılıf içinde toplandığı çoklu kablolar

kullanılır. Telefon hatları ikili iletim hatlarının tipik örneğidir. Resim 22’de telefon,

diyafon, bilgisayar ağ kabloları görülmektedir.

Resim 2.2

1.2.4.2. Koaksiyel Kablolar

Yüksek frekanslarda ikili iletim hatları sinyal kayıplarına, dışarıdan gelen

elektromanyetik dalga girişimlerine neden olur. Özellikle istenmeyen elektro manyetik dalga

girişimleri iletim hattında veri bozulmalarına neden olur. Koaksiyel kablo elektromanyetik

kirliliğin yoğun olduğu ortamlarda düşük güçte sinyalleri iletmek için geliştirilmiş bir

kablodur.

Koaksiyel kablolar, bir politen veya hava yalıtkanı ile sarılmış merkezi çekirdek

etrafında boru ya da örme şeklindeki ikinci iletkenden oluşur. Genellikle dıştaki iletken de

Page 23: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

17

bir koruyucu yalıtkan kılıf ile kaplanmıştır. Merkezi çekirdeğin etrafında bulunan dıştaki

iletken hem iletim görevi yaparken hem de ekranlama görevi yapmaktadır. Böylece merkezi

çekirdek dış ortamdan gelen elektromanyetik dalga girişimlerine karşı korunmuş olur. Tv

anten kabloları, kaliteli mikrofon kabloları koaksiyel kablo örnekleridir. Daha çok ses ve

video iletiminde kullanılır. Çok değişik tiplerde karşımıza çıkabilir. Ancak bilgisayar

ağlarında şimdiye kadar RG-8 ve RG-58 tipi koaksiyel kaplolar kullanım alanı bulmuştur.

Resim 2.3: Koaksiyel kaplolar

1.2.4.3. Radyo Frekans İletimi

Çalışma frekansı arttıkça koaksiyel kabloda meydana gelen kayıplar artmakta,

gönderilmek istenilen sinyaller sönümlenmektedir. Süper yüksek (330 GHz) frekans

aralığında koaksiyel kablodaki kayıplar çok fazla olmakta ve sinyalin iletilmesi imkansız

hale gelmektedir. Bu durumda koaksiyel kablo yerine içi boş iletken borular (dalga

kılavuzları) kullanılır. Elektromanyetik dalgalar antene benzeyen bir araçla dalga kılavuzları

içine gönderilir. Tıpkı gaz ya da suyun boru içinde taşınması gibi elektromanyetik dalgalarda

dalga kılavuzları içinde ilerlemektedir.

Çok uzak mesafeler söz konusu olduğunda ya da kablo bağlantısının imkânsız olduğu

yerlerde radyo frekans (RF) iletimi kullanılır. Radyo frekans iletiminde 3 KHz’den (çok

düşük frekans “VLF”) 300 GHz’e (çok yüksek frekans “EHF”) kadar olan frekanslar

kullanılabilir. Sinyal iletimi, görüş hattı ilerlemesi, toprak ve yüzey dalga kırılımı veya

atmosferin iyonesfer tabakasında olan yansıma vasıtasıyla gerçekleşir. Radyo frekans

iletiminde, veri sinyali, taşıyıcı bir dalganın üzerine genlik, frekans veya faz modülasyonu

kullanılarak bindirilir ve taşınır.

1.2.4.4. AM (Genlik modülasyonu) ve FM (Frekans Modülasyonu)

Genlik modülasyonunda, taşıyıcı temel dalganın genliği (amplitüd) veri sinyali ile

değiştirilir. Temel dalganın genliği değiştiği halde frekansı ve fazı değişmez. Temel dalganın

sinüs dalgası ile modüle edildiği genlik modülasyonlu sinyal şekil 27(a)’da görülmektedir.

Genlik modülasyonunda vericinin çıkış gücü değişir.

Page 24: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

18

Frekans modülasyonunda ise taşıyıcı temel dalganın frekansı veri sinyali ile

değiştirilir. Böylece bir merkez frekansın altında ve üstünde veri sinyaline göre salınım

yapan radyo frekansı elde edilmiş olur. Temel dalganın sinüs dalgası ile modüle edildiği

frekans modülasyonlu sinyal şekil 27(b)’de görülmektedir. Frekans modülasyonunda verici

çıkış gücü değişmez.

U

t

U

t

(a) (b)

Şekil 2.7: Sinüs dalgası ile modüle edilmiş (a) AM sinyali (b) FM sinyali

AM ve FM sinyaller verici antenlerine yeterli güçte ulaşıncaya kadar R-F güç

amplifikatörlerinde yükseltilirler. İki modülasyon türünün kullanılan güç amplifikatörleri

açısından farkları vardır. C sınıfı güç amplifikatörlerinin verimi çok yüksektir. Bu nedenle

kullanılmak istenir. Genlik modülasyonunda önce modülasyon, sonra güç yükseltilmesi

yapılacak ise C sınıfı amplifikatörler kullanılamaz. Çünkü AM sinyalinde bozulmalara neden

olur. Bu nedenle A veya B sınıfı amplifikatörler kullanılır. Diğer bir çözüm ise temel dalga C

sınıfı amplifikatörleri ile yükseltilir daha sonra veri sinyali ile modülasyon yapılır. FM’de

genlik hiç değişmediği için bütün katlarda C sınıfı yükselticiler kullanılabilir.

Genlik modülasyonlu R-F sinyallerinde frekans değişmediği için kullanılacak

amplifikatör devrelerinde frekans bandının çok geniş olması gerekmez. Fakat frekans

modülasyonlu R-F sinyalinin frekansı, merkez frekansın altında ve üstünde değiştiği için,

kullanılacak amplifikatörlerin frekans bandı geniş olmalıdır.

AM’de verici anteninden yayılan elektromanyetik dalga, tabii ya da yapay parazitler

tarafından bozulur. Çünkü parazitler elektromanyetik dalganın genliğine etki eder. Bu durum

alıcılar tarafından veri sinyalinin tam olarak seçilmesini önler. Alıcıda veri sinyalinden

parazitler ayrılamaz. FM’de ise parazitler elektromanyetik dalganın genliğini değiştirse bile

alıcılarda bu durum veri sinyalinin seçilmesini etkilemez. Alıcıda veri sinyali çok temiz bir

şekilde elde edilebilir. Bu durumu radyolarınızda AM’de yayın yapan bir radyo istasyonu ile

FM’de yayın yapan radyo istasyonu arasındaki ses kalitesini karşılaştırarak görebilirsiniz.

FM yayınları daha temizdir.

AM ve FM arasında verici güçleri açısından da fark vardır. AM’de çıkış gücü

değişken olduğu için, anten gücünden daha büyük güçlü çıkış elemanları kullanılmak

zorundadır. FM’da çıkış gücünde elemanlar kullanmak yeterlidir.

1.3. Osilatörler, Geri Besleme ve Dalga Şekillendiriciler

Belirlenen frekans değerinde kendi kendine AC sinyal üreten pozitif geri beslemeli

elektronik devrelere osilatör denir. Osilatör çıkışındaki sinyal sinüsoidal, üçgen yada kare

dalga olmaktadır. Osilatör devresinin çalışması için DC besleme geriliminin verilmesi

Page 25: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

19

yeterlidir. Ayrıca bir giriş sinyaline gerek yoktur. Osilatörleri çıkış dalga şekline göre,

yapımında kullanılan elektronik devre elemanı çeşidine göre veya geri besleme devresinde

kullanılan yönteme göre değişik isimlerle sınıflandırmak mümkündür. Adı ne olursa olsun

bir osilatörün temeli elektrik akım ve geriliminde oluşan düzenli salınım işlemidir. Kararsız

bir yükselteç de salınım oluşur. Oluşan salınımın frekansını kontrol edip sabit olmasını

sağlamak için frekansa duyarlı bir devre gerekir. Öyleyse osilatörün yapısı frekans seçici bir

devre ve kararsız bir yükselteçten oluşur diyebiliriz.

Bir devre veya sistemde giriş sinyalinin çıkıştan alınan örnek sinyal ile birleştirilmesi

ve çıkışın yeniden üretilmesi olayına geri besleme denilir. Çıkıştan alınan örnek sinyal, giriş

sinyalinin etkisini artıracak veya azaltacak şekilde bağlantı yapılabilir. Giriş sinyalinin

etkisini artıracak şekilde yapılan geri beslemeye pozitif geri besleme, giriş sinyalinin

etkisini azaltacak şekilde yapılan geri beslemeye negatif geri besleme, denilir. Aşağıdaki

şekil 3-1’ de tipik bir geri besleme bağlantısı gösterilmiştir. Bütün kontrol sistemlerinde

kararlılığı artırmak, etkin bir kontrol sağlamak amacı ile negatif geri besleme yapılır.

Yükselteç devrelerinde negatif geri besleme yapılması;

Yüksek giriş empedansı,

Küçük çıkış empedansı,

Kararlı bir kazanç değeri,

Daha iyi frekans tepkisi,

Doğrusal çalışma

Daha az gürültü oluşmasında olumlu etki yapar.

Bunların tersine yükselteç devresinde pozitif geri besleme yapmak kararsızlığı artırır

ve devrenin salınım yapmasına neden olur.

Vgiriş VçıkışVi

Vf

A

B

Şekil 3.1: Geri beslemeli yükseltecin basit blok diyagramı

1.3.1. Geri Besleme ve Bağlantı Türleri

Bir devrenin çıkışından alınan geri besleme sinyalini girişe bağlamanın dört temel

yöntemi vardır. Çıkıştan alınan örnek sinyal gerilim veya akım olabileceği gibi girişe seri ya

da paralel bağlanabilir. Bu durumda geri besleme bağlantı gurupları aşağıdaki gibidir. Ayrıca

her bir bağlantı türünü pozitif veya negatif geri besleme yapacak şekilde kullanabiliriz.

Seri gerilim geri beslemesi

Seri akım geri beslemesi

Paralel gerilim geri beslemesi

Paralel akım geri beslemesi

Page 26: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

20

Seri geri besleme bağlantıları giriş direncini yükseltme yönünde, paralel geri besleme

bağlantıları ise giriş direncini düşürme yönünde etki gösterirler. Gerilim geri beslemesi çıkış

empedansını düşürürken, akım geri beslemesi ise çıkış direncini yükseltir. Geri besleme

devreleri yükselteçlerin kazançlarına ise olumsuz etki yapar. Yükselteç kazancı geri

beslemenin olmadığı açık sistem kazancına göre daha az olur.

1.3.1.1. Seri Gerilim Geri Beslemesi

Yükselteç devrelerinin çoğunluğunda yüksek giriş ve küçük çıkış empedansı istenilir.

Bu durumu seri gerilim geri beslemesi yapılan devreler sağlayabilir. Aşağıdaki şekil 3-2’de

seri gerilim geri beslemesi yapılmış yükselteç devrelerine örnekler verilmiştir.

R1

R2

RD

CD

Vs~

+

-

Vdd

+

-V i

V f

+

-

VoVs~

+

-

R2

R1

++

- -

+

-

VoV i

Vf

RCRB

RE

Vs~

+-

Vi+

-

+

-

Vf

Vo

+Vcc

...................

(a) (b) (c)

Şekil 3.2: Seri gerilim geri beslemesi örnek devreleri (a) fet’li yükselteç (b) işlemsel yükselteç (c)

NPN transistörlü emiter izleyici yükselteç

1.3.1.2. Seri Akım Geri Beslemesi

Seri akım geri beslemesi yükseltecin kazancını kararlı hale getirir. Ancak çıkış

empedansını artırması gibi istenmeyen bir yönü vardır. Aşağıdaki şekil 3-3 transistörlü seri

akım geri beslemeli bir yükselteç devresini göstermektedir. Emiter direnci bir kondansatör

ile köprülenmediği için çıkış akımı RE üzerinden geçer ve oluşturduğu gerilim giriş sinyaline

seri bağlı gibi etki gösterir.

Page 27: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

21

C1

RCRB

RE

Vs~

+

-

Vi+

-+

-

Vf

Vo

+Vcc

.................. Io

Şekil 3.3: Seri akım geri beslemesi yapılmış NPN transistörlü yükselteç devresi

1.3.1.3. Paralel Gerilim Geri Beslemesi

Bir işlemsel yükseltecin ters çeviren yükselteç olarak kullanılması, paralel gerilim geri

beslemesine en iyi örnektir. Bu geri besleme türünde giriş ve çıkış empedansları küçüktür.

Vs~

+

-

R2

R1

+

-

Vo

RC

RB

RE

Vs~

+

-

Vo

+Vcc

C1

(a) (b)

Şekil 3.4: Paralel gerilim geri besleme devreleri (a) işlemsel yükselteçli (b) NPN transistörlü

1.3.1.4. Paralel Akım Geri Beslemesi

Paralel akım geri besleme devresinde, yükselteçlerden beklenenin aksine giriş

empedansı küçük, çıkış empedansı büyük olur. Akım kazancı 1’den küçüktür. Buna karşılık

gerilim kazancı oldukça yüksek değerdedir. Ortak beyzli transistörlü yükselteçler bu tür

bağlantıya örnek verilebilir. Daha çok yüksek frekanslı RF devrelerinde kullanılır.

Page 28: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

22

RE

RB

Vs~

+

-

Vo

+Vcc

C1

I o

+

-Vee

Şekil 3.5: Paralel akım geri beslemeli devre

1.3.1.5. Yükselteçlerde Kazanç ve Faz Sınırları

Buraya kadar yükselteç devrelerinde geri besleme yöntemlerini inceledik. Bir

yükselteçte negatif geri besleme yapmanın faydalarını konunun girişinde belirtmiştik. Bütün

bunlar düşük frekans devrelerinde sorun çıkmadan devrenin çalışması için yeterlidir. Fakat

frekans artışı ile birlikte yükselteç kazancı azalır. Çıkış sinyalinde faz kayması oluşur ve

frekans arttıkça faz kayması da artar. Yükselteç devresinde negatif geri besleme yapılmış

olmasına rağmen faz kayması ile birlikte geri besleme sinyalinin bir kısmı giriş sinyaline

eklenir. Bu durum pozitif geri besleme yapılmış gibi etki yaparak yükseltecin osilasyon

yapmasına ve yararlılığını yitirmesine neden olur.

Geri beslemeli yükselteç için doğru bir tasarım, devrenin sadece belirli bir frekans

aralığında değil, çok geniş bir frekans bandında kararlı olmasını gerektirir. Bir yükseltecin

karalılığını değerlendirme de belirleyici faktörler; çevrim kazancı (açık çevrim kazancı ve

geri besleme kazancı çarpımı, B.A) ile giriş-çıkış sinyalleri arasındaki faz kaymasıdır. Bu iki

faktörü dikkate alarak yükseltecin kararlılığını analiz etmede kullanılan en yaygın teknik

Nyquist yöntemidir. Bu yöntem ile bir yükseltecin kararlılığını veya kararsızlığa ne kadar

yakın olduğunu öğrenebiliriz. Nyquist ölçütüne göre geri beslemeli bir yükselteçte faz açısı

180 O

iken çevrim kazancı (B.A), birden daha küçük ise (0 dB) yükselteç kararlıdır. Aksi

durumda yükselteç kararsızdır ve osilasyon yapar.

1.3.2. Osilatörler

Bir osilatör için yeterli ve gerekli şartların, kararsız bir yükselteç ile frekans seçici

devre olduğunu daha önce belirtmiştik. Yükseltecin kararsız olması için ise çevrim

kazancının (A.B=1) olması ve pozitif geri besleme yapılmış veya yeterli faz kaymasının

oluşmuş olması yeterlidir. Pratik uygulamalarda çevrim kazancı birden biraz büyük yapılır

ve sistem, hep var olan gürültü gerilimlerini yükselterek osilasyona kendiliğinden başlar.

Çevrim kazancının bir olmaması elde edilen dalga şeklinin de tam sinüsoidal olmamasına

neden olur. Çevrim kazancı bire ne kadar yakın olursa dalga şeklide sinüs eğrisine o derce

yakın olur.

Page 29: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

23

1.3.2.1. Faz Kaydırmalı Osilatör

Negatif geri beslemeli bir yükseltecin geri besleme devresinde sinyalin fazı

kaydırılarak çıkış ile 1800 faz farkı oluşturulur. Böylece giriş ile geri besleme sinyalinin aynı

fazda olması ve devrenin osilasyon yapması sağlanır. Devrenin osilasyon frekansı (rezonans

frekansı); geri besleme devresinde 1800 faz kayması oluşturan frekans değeridir. Şekil 36

da faz kaydırmalı osilatör devreleri görülmektedir.

Devrelerin osilasyon frekansları, transistörlü RC osilatörde;

f=)R/R(46RC2

1

C formülü ile

işlemsel yükselteçli RC osilatörde; f=6RC2

1

formülü ile bulunur.

R1

+

-

RFQ1

RFR2

R1

CF

+Vcc

C

RC

C

R

C

R

R CC

R

C

RR

Vo

Vo

(a) (b)

Şekil 3.6: (a) Transistörlü RC osilatör (b) İşlemsel yükselteçli RC osilatör

1.3.2.2. Wien Köprü Osilatörü

Wien köprü osilatör devresi direnç ve kondansatörlerin temel köprü devresi şeklinde

bağlanmasıyla elde edilir. Bu devrede çıkış genliği sabittir. Eğer yükselteç devresinin kazanç

değeri aşırı yüksek olursa üretilen sinyalin tepesi besleme geriliminde kırpılır. Şekil 3-7’de

wien köprü osilatör devresi görülmektedir. Devrenin osilasyon frekansı;

Page 30: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

24

f=

2211 CRCR2

1

+

-

C1

R3C2 R2

R1

R4

Vo

Şekil 3.7:Wien köprü osilatörü

1.3.2.3. Akortlu Osilatör Devreleri

Bir yükselteç devresine, bobin ve kondansatörden oluşan rezonans devreleri bağlanır

ve geri besleme yapılırsa yükselteç, LC elemanlarının rezonans frekansına akort olur ve aynı

frekansta osilasyon yapar. Bu tür temel osilatör devreleri colpitts ve hartley osilatörleridir.

Değişik aktif elemanlar (Transistör, fet, işlemsel yükselteç) ve değişik geri besleme

yöntemleri kullanılarak bu osilatörlerin farklı uygulamaları yapılmaktadır. Şekil 38’de

colpitts ve harteley osilatörlere örnekler verilmiştir.

R1

+

-

RF

C3

C1 C2RG

VoFET

RFC

+Vcc

L

Vo

C1 C2

L

(a) (b)

Page 31: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

25

Q1

C

RE CE

C1

R2

R1

RFC

+Vcc

CL

Vo

L1

L2

(c)

Şekil 3.8: (a) FET’li colpitts osilatörü (b) İşlemsel yükselteçli colpitts osilatörü (c) Transistörlü

hartley osilatörü

Dalga şekillendirici devreleri osilatör devreleri ile karıştırmamak gerekir. Osilatör

devreleri belli bir şekildeki dalgaları kendileri üretirler. Dalga şekillendiriciler ise girişlerine

uygulanan belli formdaki sinyallerin şekillerini değiştiren devrelerdir.

Page 32: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

26

1.4. Elektronik Güç Kaynağı Sistemleri

1.4.1. DA Güç Kaynağı

Elektronik cihaz ve sistemlerin büyük bir kısmında, metalürji ve kaplamacılıkta doğru

akım elektrik enerjisine ihtiyaç duyulur. Bu cihaz ve sistemleri direkt doğru akım üreten

üreteçlerle (pil, akü, dinamo vb.) çalıştırmak yeterli çözüm gibi görünse de ekonomik, pratik

ve geniş ölçekli uygulanabilir çözümler değildir. Alternatif akım elektrik enerjisi evlerde ve

işyerlerinde zaten hazır bulunmaktadır. Alternatif akımı doğru akıma çevirerek elektronik

cihaz ve sistemleri çalıştırmak en doğru yaklaşım olacaktır.

Doğru akımla çalışan cihazlara, alternatif akımı doğrultarak gerekli enerjiyi sağlayan

elektronik sistemlere DA Güç Kaynağı Sistemleri denir. Güç kaynaklarını A.A faz sayısına,

çalışma şekline veya güç değerine göre değişik şekillerde sınıflandırabiliriz.

1 Fazlı DA güç kaynakları

3 Fazlı DA güç kaynakları

Sabit gerilim çıkışlı güç kaynakları

Ayarlanabilir gerilim çıkışlı güç kaynakları

Anahtarlamalı (Switch mod) güç kaynakları

Transformatörsüz DA güç kaynakları

Büyük güçlü sanayi tipi güç kaynakları

Doğrusal yapıda bir DA güç kaynağı şekil 41’deki blok şemada gösterilen

kısımlardan oluşur. Güç kaynağının kalitesine ve çeşidine göre bazı kısımlar olmayacağı gibi

ilave devrelerde kullanılabilir.

Transformatör

t-

+U,I

t-

+U,I

t-

+U,I

t-

+U,I

t-

+U,I

u

DA

Alıc

ı.

AA

üre

teci

Devresi Devresi

DoğrultucuFilitre Regüle

Şekil 4.1: Elektronik güç kaynağı blok şeması ve dalga şekilleri

1.4.1.1. Transformatörler

Transformatörler alternatif gerilimin veya akımın değerini değiştirmek için kullanılır.

Birbiri ile elektriki bağlantısı olmayan iki ayrı sargıdan oluşur. Bu sargılar arasındaki

bağlantı manyetik alan yolu ile oluşmaktadır. Birinci sargıya (Primer Sargı) elektrik

şebekesinden alınan alternatif gerilim uygulanır. Bu sargıdan alternatif akım geçmeye

başladığında çevresinde değişken manyetik alan oluşturur. İkinci sargı (Sekonder Sargı) da

Page 33: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

27

değişken manyetik alanın etkisi ile alternatif gerilim indüklenir. Sargıda indüklenen alternatif

gerilimin değeri transformatörün dönüştürme oranına bağlıdır. Transformatörleri alternatif

gerilimin faz sayısına göre, bir fazlı ve üç fazlı olarak sınıflandırabiliriz. Çalışma prensipleri

açısından temelde farkları yoktur. Bir fazlı transformatörün yapısı şekil 42’de basit olarak

gösterilmiştir.

Sargı . Sargı .Primer Sekonder

U1U2

I I1 2

N N1 2

Manyetik Alan

Nüve

Şekil 4.2: Transformatör yapısı

Transformatörün iki sargısı arasında manyetik bağlantıyı nüve sağlar.

Transformatörlerde mantel, çekirdek, dağılmış ve spiral olmak üzere dört çeşit nüve

kullanılır.

Üç fazlı ve çok fazlı transformatörlerin çalışma prensibi bir fazlı transformatör ile

aynıdır. Faz sayısı kadar bir fazlı transformatör uygun şekilde bağlanarak çok fazlı

transformatör yapılabilir. Fakat bu uygulanabilir ve ekonomik bir çözüm değildir. Özel üç

fazlı ve çok fazlı transformatör nüveleri yapılarak bu nüvelerin üzerine primer ve sekonder

sargıları yerleştirilir. Üç fazlı ve çok fazlı transformatörler genellikle büyük güç

sistemlerinde kullanılır. İmalat hesaplamaları bir fazlı transformatörlere benzemektedir.

Ancak gerilimler ve akımlar arasında faz farkı olması ve büyük güçlü olmaları yapılacak

hesaplamalarda bazı farkları beraberinde getirir.

DA güç kaynağında kullanılacak transformatörün doğrultma devresi ile uyumlu

olması gerekir. Kullanılacak AA üretecinin faz sayısına uygun transformatör ve doğrultma

devresi gereklidir. Ayrıca orta uçlu tam dalga doğrultma devreleri (ileride açıklanacak) için

orta uçlu transformatör gereklidir.

1.4.1.2. Doğrultucu Devreler

Transformatör ile istenilen gerilim değerine ayarlanan alternatif akım elektrik enerjisi,

doğrultucu devreler ile doğru akım elektrik enerjisine çevrilir. Yarım dalga ve tam dalga

olmak üzere iki çeşit temel doğrultucu devre vardır. Bu doğrultucu devreleri faz sayısına

göre bir fazlı, üç fazlı ve çok fazlı olarak yapmak mümkündür.

Bir Fazlı Yarım Dalga Doğrultucu Devreler: Bir diyot ile yapılan en ucuz

maliyetli doğrultucu tipidir. Alternatif gerilimin yalnızca bir alternansını

doğrultur. Çıkışında gerilim ve akım regülâsyonu kötüdür. Bu nedenle çok az

akım çeken küçük yükleri veya regülâsyonun çok önemli olmadığı yükleri

beslemek için kullanılır.

Page 34: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

28

Transformatör

U1

I1

Us

D1

Vd

A

B

+

-

I d

RLYük

t

t

Us

Vd, Id

(a)

(b)

(c)

Şekil 4.5: (a) Pozitif çıkışlı yarım dalga doğrultucu (b) Transformatör çıkışındaki alternatif

gerilim şekli (c) Doğrultucu çıkışındaki doğru gerilim şekli

Pozitif çıkışlı yarım dalga doğrultma devresi Şekil 45(a)’da görülmektedir.

Transformatörün sekonder sargısından alınan alternatif gerilimin (Us, şekil 45(b)’de) yönü

zamana göre sürekli değişmektedir. Bu nedenle AB uçlarının polaritesi de değişecektir. A

ucunun pozitif olduğu alternansta D1 diyotu iletimdedir. A ucunun negatif olduğu alternansta

D1diyotu yalıtımdadır. Böylece yük üzerinden alternatif gerilimin sadece pozitif alternansları

geçmiş olur. Yük üzerindeki gerilim ve geçen akımın dalga şekli şekil 45(c)’de

görülmektedir. Aynı devrede diyotun yönü değiştirilirse sadece negatif alternansların

geçmesi sağlanarak negatif çıkışlı yarım dalga doğrultma devresi yapılmış olur.

Yarım dalga doğrultma devresinin çıkışındaki gerilimin ve akımın ortalama değerleri

aşağıdaki formül ile hesaplanarak bulunabilir.

Vd=0,45.Us Id=0,636.Is

Vd : Çıkıştaki doğru gerilimin ortalama değeri (volt)

Us : Transformatörün sekonder uçlarındaki alternatif gerilimin etkin değeri (volt)

Id : Çıkıştaki doğru akımın ortalama değeri (amper)

Is : Transformatörün sekonderinden geçen akımın etkin değeri (amper)

RL : Doğru akım ile çalışan yük

Burada gerilimin ve akımın katsayılarının neden farklı olduğunu düşününüz.

Transformatörün sekonder sargılarından geçen reaktif akımla bir ilgisi olabilir mi?

Bir Fazlı Orta Uçlu Tam Dalga Doğrultucu Devreler: Sekonder çıkışı orta

uçlu (simetrik gerilim veren) transformatör kullanılarak iki diyot ile yapılan

doğrultucu devredir. Gerilim regülâsyonu yarım dalga doğrultucuya göre daha

iyidir. Orta uçlu transformatörün gerekli olması dezavantajıdır.

Page 35: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

29

U1

I 1

US

Vd

A

B

+

-

Id

RLYük

t

t

US

Vd Id

+

-

+

Transformatör

D2US

I d1

I d2

D1

(a)

(b)

(c)

Şekil 4.6: (a) Orta uçlu tam dalga doğrultucu (b) Transformatör çıkışındaki alternatif gerilim

şekli (c)Doğrultucu çıkışındaki doğru gerilim şekli

Orta uçlu tam dalga doğrultma devresi şekil 46(a)’da görülmektedir.

Transformatörün sekonder gerilimi 2xUS değerindedir. A ucu pozitif olduğunda D1 diyotu

iletime geçecek, akım A noktasından çıkıp D1 diyotu ve yük üzerinden geçerek

transformatörün orta ucuna dönecektir. B ucu pozitif olduğunda D2 diyotu iletime geçecek,

akım B noktasından çıkıp D2 diyotu ve yük üzerinden geçerek transformatörün orta ucuna

dönecektir. Her iki durumda da yük üzerinden aynı yönde akım geçmektedir. Böylece

alternatif gerilimin negatif alternaslarında da yük üzerinden aynı yönde akım geçişi

sağlanarak tam dalga doğrultma yapılmış olur. Doğrultma devresinin çıkışındaki doğru

gerilim ve akımın dalga şekli şekil 46(c)’de görülmektedir.

Vd=0,9.Us Id=0,79.Is

Doğrultma devresinin çıkış akım ve gerilim değerleri yukarıdaki formüllerle

hesaplanır. Burada Us geriliminin, transformatörün sekonderinde orta uç ile kenar uç

arasındaki gerilim değeri olduğuna dikkat edilmelidir.

Bir Fazlı Köprü Tipi Tam Dalga Doğrultucu Devreler: En fazla kullanılan

doğrultucu devredir. Dört adet diyotun köprü şeklinde bağlanması ile yapılır.

Her transformatör ile kullanılabilmesi ve tam dalga doğrultma yapması

avantajlarıdır.

Şekil 47(a)’da köprü tipi doğrultma devresinin bağlantısı verilmiştir.

Transformatörün sekonder uçlarında alternatif gerilimin sürekli yön değiştirdiğini biliyoruz.

A ucu pozitif olduğunda akım D1 diyotu, yük ve D4 diyotundan geçerek transformatörün B

ucunda devresini tamamlar. B ucu pozitif olduğunda akım D3 diyotu, yük ve D2 diyotundan

geçerek transformatörde devresini tamamlar. Görüldüğü gibi pozitif alternanslarda Id1

yolunu, negatif alternanslarda Id2 yolunu izlemektedir fakat yük üzerinden aynı yönde akım

geçmektedir. Yük uçlarındaki akım ve gerilimin dalga şekli şekil 47(c)’de görülmektedir.

Page 36: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

30

U1

I 1

US

Vd

A

B

+

-

Id

RLYük

t

t

US

Vd

I

d

+

+

D2

I d1

I d2

D1

Transformatör

D3

D4

(b)

(a) (c)

Şekil 4.7: (a) Köprü tipi tam dalga doğrultma devresi (b) Transformatör sekonder ucundaki

alternatif gerilim şekli (c) Çıkıştaki doğru gerilim şekli

Doğru akım ve gerilimin ortalama değerlerini aşağıdaki formüllerle hesaplayabiliriz.

Vd=0,9.Us Id= 0,9.Is

Köprü bağlantıyı kolaylaştırmak için üretici firmalar hazır köprü bağlı diyotlar

üretmişlerdir. Küçük akım değerlerinde bu hazır diyotlar kullanılır. Fakat büyük akım

değerlerinde diyotların soğumasını kolaylaştırmak için her bir diyotun ayrı olması faydalıdır.

Resim 4.1: Köprü diyotlar

Üç Fazlı Yarım Dalga Doğrultucu Devreler: Yukarıda incelediğimiz bir fazlı

doğrultucu devrelerin çıkışında akım ve gerilim şekillerinin tam doğru akım ve

gerilimden uzak olduğunu gördük. Akımın yön değiştirmesi önlenmiş ancak

değerinde büyük değişimlerin olması önlenememiştir. Daha düzgün doğru akım

ve gerilim elde etmek için, ileride inceleyeceğimiz filtre devreleri kullanılır.

Ancak filtre devresinden önce akımın şeklinin mümkün olan en doğru hale

Page 37: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

31

getirilmesi özellikle büyük güçlü kaynaklar için önemlidir. Doğrultma

devresinde daha düzgün doğru gerilim elde etmek için çok fazlı doğrultma

sistemleri kullanılır.

Vd

+

-

Id

(a)

VR

VS

VT

Va

Vb

Vc

D2

D3

D1

RLYük

ab

a

a

b

b

R

S

T

Nötr

Üç Fazlı Transformatör

t

(b)

t

Vd, Id

Va Vb Vc

0

0

Şekil 4.8: (a) Üç fazlı yarım dalga doğrultma devresi (b) Doğrultucu devre giriş ve çıkış dalga

şekilleri

Üç fazlı alternatif akım sisteminde, değerleri (etkin değeri ve frekansları) nötr

noktasına göre eşit fakat aralarında 120O açı farkı olan üç faz bulunur. Şekil 48(a)’da üç

fazlı yarım dalga doğrultma devresi, Şekil 48(b)’de giriş ve çıkış dalga şekilleri

gösterilmiştir. Devre incelendiğinde her faz için bir diyot kullanıldığı ve fazlarda yarım dalga

doğrultma yapıldığı görülür. Transformatörün sekonder sargılarında alternatif gerilim yön

değiştirdikçe a ve b uçlarının polariteleri düzenli olarak değişecektir. Sargıların a ucunun

pozitif olduğu durumda diyot iletime geçecek, b ucunun pozitif olduğu durumlarda yalıtımda

olacaktır. Doğrultama devresinin çıkış gerilimi incelendiğinde hiç sıfır değerine düşmediği

ve regülasyonun bir fazlı devrelere göre daha iyi olduğu görülür. Üç fazlı transformatörün

çıkışında Va,Vb,Vc ile gösterilen gerilimler birbirine eşit fakat 120O faz farklıdır. Bu

durumda fazların etkin değerlerini VS=Va=Vb=Vc şeklinde gösterirsek çıkıştaki doğru

gerilim ortalama değeri şöyle bulunur.

Vd=1,17.VS Id= 1,73.Is

Üç Fazlı Tam Dalga Doğrultucu Devreler: Üç fazlı sistemde köprü tipi

doğrultma devresi kullanılarak tam dalga doğrultma yapılabilir. Böylece şekil

49(b)’de görüldüğü gibi daha düzgün çıkış akım ve gerilimi elde edilir.

Çıkıştaki regülasyon daha da düzeltilmiş olur.

Vd

+

-

Id

(a)

VR

VS

VT

Va

Vb

Vc

D2 D3D1

RLYük

ab

a

a

b

b

R

S

T

Nötr

Üç Fazlı TransformatörD5 D6D4

t

(b)

t

Vd, Id

Va Vb Vc

0

0

Şekil 4.9: (a) Üç fazlı köprü tipi doğrultucu (b) Doğrultucu devre giriş ve çıkış dalga şekilleri

Page 38: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

32

Vd=2,34.VS Id=1,22.Is Üç fazlı tam dalga doğrultma devresinin çıkış akım ve gerilimleri yukarıdaki

bağıntılarla bulunabilir.

1.4.1.3. Filtre Devreleri

Yukarıda doğrultma devrelerinin çıkışlarında ki doğru akım ve gerilim dalga

şekillerinin, bir pilden veya aküden alınan doğru gerilime göre daha bozuk olduğunu gördük.

Doğrultucudan alınan doğru gerilimin düzgün olması için filtre devreleri kullanılır. Filtre

devresinden sonra daha düzgün doğru gerilim elde edilmesine rağmen yinede bir pilden

alınan doğru gerilim elde edilemez. Yük tarafından akım çekildikçe gerilimde dalgalanmalar

olur. Bu dalgalanmalara ondülasyon veya rıpıl denir.

Kondansatörlü Filtre Devresi

Doğrultma devresinin hemen çıkışına yüksek kapasiteli bir kondansatörün paralel

bağlanması ile yapılan en basit filtre devresidir. Kondansatör doğrultucudan akım geçen

alternanslarda maksimum değere şarj olur. Doğrultucudan geçen akım azalmaya

başladığında üzerinde şarj ettiği elektrik enerjisini yüke aktararak yük akımının ve

geriliminin azalmasını engeller. Böylece yük uçlarında, kondansatörsüz duruma göre daha

düzgün doğru gerilim oluşur. Bu filtre devresi ancak küçük güçlü DA güç kaynaklarında

kullanılabilir. Kondansatör kapasitesi arttıkça daha düzgün doğru gerilim alınır. Yük akımı

arttıkça da gerilimin ve akımın şekli bozulur. Devrenin bağlantısı, giriş ve çıkış dalga

şekilleri şekil 4-10’da görülmektedir.

Vd

+

-

Iy

RLYük

t

(b)t

Vd,Id

0

0

Vy Iy

(a)

Vy

+

-

C

Şekil 4.10: (a) Kondansatörlü filtre devresi (b) Kondansatörlü filtre devresi giriş ve çıkış dalga

şekilleri

Bobinli Filtre Devresi

Doğrultma devresinin çıkışına seri bir şok bobini bağlamakla yapılan filtre devresidir.

Yük devrede iken bobinden geçen akımda değişmeler olduğunda bobin öz indükleme yapar.

Üzerinde öz indükleme e.m.k’i (zıt e.m.k) oluşur. Böylece akımdaki değişimleri azaltıcı

yönde etki yapar. Yük akımı azalmaya başladığında artırıcı, yük akımı artmaya başladığında

azaltıcı etki yaparak daha düzgün doğru akım oluşmasını sağlar. Bu filtre devresi büyük

akımlı güç kaynaklarında kullanılır. Devrenin bağlantısı, giriş ve çıkış dalga şekilleri şekil 4-

11’de görülmektedir.

Page 39: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

33

Vd

+

-

Iy

RLYük

t

(b) t

Vd,Id

0

0

Vy Iy

(a)

Vy

+

-

L

Şekil 4.11: (a) Bobinli filtre devresi (b) Bobinli filtre devresi giriş ve çıkış dalga şekilleri

Pi ( ) Tipi Filitre Devresi

İki kondansatör ile bir direnç veya bobinden oluşan filtre devresi olup bağlantı şekli Pi

harfine benzediği için bu ad verilmiştir. Çıkış akım ve gerilim şekli daha düzgün bir filtre

devresidir. Küçük güçlü güç kaynaklarında tercih edilir. En sık kullanılan filtre devresidir.

Devre şekil 412(a) da görüldüğü gibi paralel bağlı iki kondansatör arasına bir direnç

bağlanarak yapılabilir. Direnç iki kondansatör arasında faz farkı oluşmasını ve böylece her

iki kondansatör tarafından ayrı ayrı filtre yapılmasını sağlar. Fakat direnç hem enerji harcar

hem de filtre işlemine aktif bir katkısı yoktur. Bu nedenle şekil 412(b) de görüldüğü gibi

direnç yerine bobin kullanılması filtre işleminin daha iyi olmasını sağlar. Devrenin giriş ve

çıkış dalga şekilleri şekil 412(c) de görülmektedir.

Vd

+

-

Iy

RLYük

t

(c) t

Vd, Id

0

0

Vy Iy

(b)

Vy

+

-

L

C1 C2Vd

+

-

Iy

RLYük

(a)

Vy

+

-

C1 C2

R1

Şekil 4.12: (a) Dirençli pi ( ) tipi filitre devresi (b) Bobinli pi ( ) tipi filitre devresi (c) Giriş ve

çıkış dalga şekilleri

T Tipi Filitre Devresi

Doğrultma devresinin çıkışına iki şok bobini seri ve bu bobinlerin arasına bir

kondansatör paralel bağlanarak T tipi filtre devresi yapılır. Kullanılan üç elemanın bağlantısı

T harfine benzediği için bu ad verilmiştir. Büyük akım çekilen güç kaynaklarında

kullanılırlar. Devrede kullanılan iki şok bobini akımdaki değişimleri oldukça azaltır. Büyük

yük akımlarında çıkışta en düzgün doğru gerilim ve akım bu filtre devresi ile alınır. Devrenin

bağlantı şekli, giriş ve çıkış dalga şekilleri şekil 413’ de görülmektedir.

Page 40: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

34

Vd

+

-

Iy

RLYük

t

(c) t

Vd, Id

0

0

Vy Iy

(a)

Vy

+

-

L2

C1

L1

Şekil 4.13: (a) T tipi filitre devresi (b) Giriş ve çıkış dalga şekilleri

1.4.1.4. Gerilim Regüle Devreleri

Bütün güç kaynaklarında istenilen en önemli özellik çıkış geriliminin sabit kalmasıdır.

Elektronik DA güç kaynaklarında, şebeke geriliminin değişmesi veya yük akımının

değişmesi sonucu çıkış gerilimi de değişir. Güç kaynağının çıkış uçlarında gerilimin sürekli

sabit kalması için gerilim regüle devreleri kullanılır.

Zener Diyotlu Regüle Devreleri

Her diyotun ters yönde dayanabileceği maksimum gerilim değeri bulunur. Zener

diyotlar, bu ters yöndeki kırılma gerilimlerinde çalışacak şekilde üretilmiş diyotlardır. Bu

nedenle devrede ters polaritede çalışırlar. Ters yönde akım geçirmeye başladıkları kırılma

gerilimlerine zener gerilimi denir. Uçlarındaki ters gerilim değeri, zener gerilim değerini

geçmediği sürece akım geçirmezler. Devreye yanlışlıkla doğru polaritede bağlanırlarsa

0,50,6 voltluk eşik geriliminden sonra hemen iletime geçerler. Şekil 414’de zener diyotlu

regüle devresi görülmektedir. Giriş gerilimi zener diyot geriliminden büyük olduğu durumda

Rön direnci ve zener diyot üzerinden Iz akımı geçer. Rön direnci üzerinde gerilim düşümü

(VR) olur ve zener diyot uçlarında zener gerilimi kadar gerilim bulunur. Giriş geriliminin

artması durumunda; zener diyot üzerinden geçen Iz akımı artarak VR’nin artmasını ve zener

diyot uçlarındaki gerilimin sabit kalmasını sağlar. Giriş geriliminin azalması Iz akımının

azalmasına, Rön direnci üzerindeki VR’nin azalmasına ve böylece zener diyot uçlarındaki

gerilimin sabit kalmasına neden olur. Yük akımı arttığı durumda Rön direnci üzerindeki VR

artar ve zener diyot uçlarındaki gerilimin (çıkış geriliminin) azalmasına neden olur. Bu

durumda zener diyot üzerinden geçen Iz akımı azalarak Rön direnç akımının azalmasına

dolayısıyla gerilim düşümünün azalmasına ve çıkış geriliminin sabit kalmasına neden olur.

Vd

+

-

Iy

RLYükVy

+

-

DZ

R ön

VR

R1

Iz

Vz

+

-

Şekil 4.14: Zener diyotlu en basit regüle devresi

Page 41: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

35

Zener diyotlu regüle devresi, küçük akım çekilen güç kaynaklarında çıkış gerilimini

oldukça iyi bir şekilde sabit tutar. Fakat güç kaynağının verebileceği akım değeri zener

diyotun maksimum zener akım değerine bağlıdır. Bu nedenle büyük güçlerde zener diyotlu

regüle devreleri kullanılmaz.

Şönt Transistörlü Regüle Devresi

Büyük akım çekilen güç kaynaklarında, çok büyük akımlı zener diyot kullanmak

yerine zener diyot işlevini bir transistöre yaptırmak daha uygun olacaktır. Bu nedenle yüke

paralel (şönt) bir transistör bağlanarak regüle devresi yapılabilir. Şönt transistörlü regüle

devresi şekil 415’de görülmektedir. Devrenin çıkış gerilimi Uçıkış=Ez+0,7 volt olarak sabit

kalır. Giriş geriliminde bir artış olduğunda zener diyot üzerinden geçen transistör beyz akımı

artar ve kolektör akımının artmasına neden olur. Böylece seri bağlı Rön direnci üzerindeki

gerilim düşümü artarak çıkış geriliminin sabit kalması sağlanır. Giriş geriliminin azalması

durumunda transistör kolektör akımı azalır, Rön direnç gerilimi azalır ve çıkış gerilimi sabit

kalır. Yük akımının değişmesi Rön direnç üzerinde düşen gerilimin değişmesine dolayısıyla

zener diyot üzerinden geçen transistör beyz akımının değişmesine neden olur. Böylece

transistörün kolektör akımı yük akımı ile ters orantılı olarak değişir. Rön direnci üzerinden

geçen akım ve üzerinde düşen gerilim değişmez, çıkış gerilimi sabit tutulmuş olur.

Vd

+

-

Iy

RLYük

Vy

+

-

DZ

R ön

VR

Q1 R1

Şekil 4.15: Şönt transistörlü regüle devresi

Yükün bağlı olmadığı durumlarda veya yük akımı az olduğu sürece transistör

üzerinden sürekli akım geçer. Bu durum gereksiz enerji kayıplarına neden olur. Ekonomik

olmadığı için şönt regüle devresi pek fazla tercih edilmez.

Seri Transistörlü Regüle Devresi

Yük devresine bir güç transistörünü seri bağlayarak yapılan regüle devresidir.

Transistör otomatik ayarlı direnç gibi davranır. Sabit çıkış gerilimi veren seri transistörlü bir

regüle devresi Şekil 416’de görülmektedir. Devrede giriş gerilimi zener geriliminden daha

büyük olduğunda R1 direnci ve zener diyot üzerinden akım geçer. R1 üzerindeki gerilim;

giriş gerilimi ile zener gerilimi arasındaki fark kadardır. Transistörün beyz polarması R1

direnci üzerinden olmaktadır. Bu koşullarda transistörün emiter gerilimi (çıkış gerilimi)

Ue=Uçıkış=Ez-0,7 volttur. Giriş gerilimi ile çıkış gerilimi arasındaki fark transistörün üzerinde

(kolektör-emiter arasında) düşmektedir. Giriş gerilimi arttığında R1 direnci üzerindeki

gerilim de artar. Bu durumda transistörün beyz polarması azalır ve transistörün kolektör-

emiter direnci artarak üzerinde düşen gerilimin artmasına neden olur. Böylece giriş gerilimi

Page 42: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

36

arttığı halde çıkış gerilimi değişmez. Giriş geriliminin azalması durumunda benzeri olayların

tersi gerçekleşerek yine çıkış geriliminin sabit kalması sağlanmış olur.

Vd

+

-

Iy

RLYük

Vy

+

-

DZ

R

Q1

R1

ön

Şekil 4.16: Seri transistörlü regüle devresi

Entegreli Regüle Devresi

Yukarıda incelediğimiz temel regüle devreleri daha fazla geliştirilmiş, devredeki bütün

elemanlar (direnç, transistör, zener diyot) tek kılıf içinde toplanarak üretilmiştir. Böylece

daha kullanışlı regüle entegreleri ortaya çıkmıştır. Bu regüle entegreleri ile sabit veya ayarlı

gerilim veren güç kaynaklarını yapmak kolaylaşmıştır. En çok kullanılan regüle entegreleri

78xx, 79xx, LM117, LM217, LM317, LM337 serisi entegrelerdir. Bu entegreler çıkış

gerilimi ve maksimum akım değerlerine göre özel kodlanarak farklı adlandırılmıştır.

Aşağıdaki şekil 417’ de 7812 ve LM317 entegreleri ile yapılmış regüle devreleri

görülmektedir. 7812 Entegreli olan regüle devresi sabit 12 volt vermektedir. LM317

Entegreli olan ise 1,25Vd arasında ayarlı gerilim vermektedir. Gerilim ayarı P

potansiyometresi ile yapılabilir. Aynı devrede potansiyometre yerine zener diyot konularak

sabit çıkış alınabilir.

Vd

+

-

Iy

RLYük

Vy

+

-

R1C1 C2

7812Giriş Çıkış

Şase Vd

+

-

Iy

R2Yük

Vy

+

-

R2C1

C2

LM317

Giriş Çıkış

Ayar

P

R1

D1

D2

(a) (b)

Şekil 4.17: (a) 7812 Entegresi ile yapılmış sabit 12 voltluk regüle devresi (b) LM317 Entegresi ile

yapılmış ayarlı regüle devresi

1.4.2. Transformatörsüz DA Güç Kaynakları

Küçük akımlı alıcıların enerji gereksinimini karşılamak için transformatör

kullanmadan direnç, diyot, zener diyot ve kondansatör kullanarak güç kaynağı yapmak

mümkündür.

Page 43: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

37

R1

8R2

R2

330R

C1 C2

D1

1N4007 C3L1

1.2mH

UF4006

C4

220uF

220nF

/400 v

CNY817

220nF

/400 v

100nF

BZX79-C

11

LNK304P

+12 vNötr

R R

195-2

65 v

olt

AC

Şekil 4.18: LNK304P hat anahtarlama (linkswitch) entegresi ile yapılmış güç kaynağı

Küçük akımlı güç kaynaklarında kullanılmak üzere hat anahtarlama (LinkSwitch)

entegreleri geliştirilmiştir. Bu entegreler, hepsi aynı kılıf içinde olmak üzere, 700V'luk güç

MOSFET'i, kontrolör, MOSFET sürücü arabirimi ve osilatörden oluşur. Ayrıca otomatik

yeniden başlatma (auto-start), termal kapatma (thermal shutdown), akım sınırlama gibi

çeşitli koruma ve yardımcı fonksiyonlara sahip değişik türleri de mevcuttur. Şekil 4-18’de

LNK304P hat anahtarlama entegresi kullanılarak yapılmış 40 mA akım çıkışı olan bir güç

kaynağı görülmektedir. Şebeke gerilimi önce doğrultulur daha sonra yüksek frekanslarda

anahtarlanarak istenilen gerilime düşürülür.

1.4.3. Anahtarlamalı (Switch mod) Güç Kaynakları

Güç kaynaklarında aranılan en önemli özellik çıkış geriliminin düzgün doğru gerilim

olması ve sabit kalmasıdır. Bu da ancak iyi bir filtre devresi ve etkili regüle işlemi ile

gerçekleşebilir. Şekil 41’de vermiş olduğumuz blok şemaya uygun olarak yapılan bir güç

kaynağı basit ve ekonomik olabilir. Ancak transformatörün ağır olması, güç kayıplarının

fazla olması ve yük akımı değişimlerinde sekonder geriliminin değişerek regülasyonu

olumsuz etkilemesi istenmeyen durumlardır. Doğrusal bir çıkış gerilimi elde etmek,

regülasyonun daha iyi olmasını sağlamak, ağırlığı azaltmak, verimi yükseltmek için

anahtarlamalı (Switch mod) güç kaynakları geliştirilmiştir. Şekil 419’da anahtarlamalı tip

bir güç kaynağının blok şeması görülmektedir. Şebeke gerilimi önce doğrultulup ardından

bir anahtarlama devresi ile yüksek frekanslarda kıyılmakta daha sonra ise tekrar

doğrultularak filtre edilmektedir. Anahtarlama referans voltaja bağlı olarak yapılır. Bu olay

Darbe Genliği Modülasyonu (PWM - Pulse Width Modulation) olarak adlandırılır. Çıkış

gerilimi kontrol edilerek anahtarlama devresinin darbe-peryod oranı değiştirilir. Böylece

etkili bir regülasyon işlemi yapılmış ve çıkış geriliminin sabit kalması sağlanmış olur.

Yüksek frekanslarda çalışmanın bir sonucu olarak kullanılan transformatörlerin boyutu

dolayısıyla maliyeti düşer. Transformatörün yüksek frekanslardaki kayıplarını azaltmak için

ferit nüveli transformatörler kullanılır. Fakat anahtarlamalı güç kaynaklarının lineer

devrelere göre yapıları karışıktır ve analizlerinin gerçekleştirilmesi zordur. Gürültü seviyeleri

ve dalgalılık oranı yüksek olduğu için ek filtreler kullanılması gerekir. Bunlar da

dezavantajları arasında sayılabilir.

Page 44: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

38

AA Giriş Doğrultucu Kıyıcı ve Doğrultucu

TrafoFiltreler

Gerilim Regülasyonukısadevre veaşırı yük koruması içingeri besleme kontrolü

DA Çıkış

Şekil 4.19: Anahtarlamalı güç kaynağı blok şeması

Anahtarlamalı güç kaynaklarında sıcaklık koruması, çıkış yüksek akım ve kısa devre

koruması gibi ilave koruma yöntemleri geliştirilmiştir. Böylece yük daha güvenli bir şekilde

çalıştırılabilmektedir. En başta bilgisayarlar olmak üzere elektronik cihazların büyük bir

kısmında anahtarlamalı güç kaynakları kullanılır. Farklı gerilim değerlerinde sabit çıkışlar

verirler. Örneğin bilgisayarlar için üretilmiş güç kaynağında -5v, +3,3v, +5v,+12v gibi sabit

gerilim çıkışları bulunur. Birden fazla çıkışları olduğu için çekilen akım, bu çıkışlara dengeli

bir biçimde dağıtılmalıdır. Ucuz ve basit olan cihazlarda +5 V ve +3,3 V’ luk iki çıkışı

dengeledikten sonra diğer çıkışları kullanmak gerekir. Bunun sebebi, yük regülasyonunun +5

V çıkışına göre veya hem +5 V hem +3,3 V çıkışlarına göre yapılıyor olmasıdır. Kullanımda

dikkat edilmesi gerekli en önemli nokta +5 V çıkışına yük bağlı değilken diğer çıkışlar

yüklenmemelidir. Kaliteli cihazlarda bu çıkışlar ayrı ayrı tasarımlandığı için herhangi bir

çıkışı tek başına kullanabilmek mümkündür.

1.4.4. Büyük Güçlü Sanayi Tipi Güç Kaynakları

Metalürji, kaplamacılık, ark kaynak makineleri, elektrikli taşıtlar, boya püskürtme

makinelerinde büyük doğru akımlar çekilir. Güç kaynağının büyük akımları karşılaması için

bazı özel yöntemlere ihtiyaç duyulur. Büyük güçlü doğru akım güç kaynağı sistemlerinde;

Motor- Generatör gurupları

Komütatrisler (Konvertisörler)

Yarıiletken Doğrultmaçlar kullanılır.

Motor- Generatör grupları, doğru akım üreten bir dinamonun alternatif akım ile

çalışan bir motor tarafından döndürülmesi ve dinamodan gerekli doğru akımın alınması

esasına dayanır. Motor ile dinamo arasında elektriki bir bağlantı yoktur. iki makinenin birbiri

ile direkt, dişli veya kayış ile bağlantısı olabileceği gibi endüvilerinin aynı mil üzerinde

bulunduğu tek bir makine bloğu şeklinde de olabilir.

Komütatris ise bir asenkron motor ile dinamonun aynı makine üzerinde birleştirilmiş

şeklidir. Komütatrisin statoru çıkıntılı kutuplar ve kutup sargılarından oluşur. Rotor ise

dinamo endüvisi şeklindedir. Fakat endüvinin bir tarafında kolektör ve fırça sistemi

bulunurken, diğer tarafında bilezik ve fırça sistemi bulunur. Endüvi üzerinde iki ayrı sargı

bulunur. Bu sargılardan birisi doğru akım endüvi sargısıdır ve uçları kolektöre çıkarılır.

Diğer sargı ise üç, altı veya oniki fazlı olarak sarılmış olan alternatif akım sargısıdır. Uçları

bileziklere çıkarılır. Alternatif akım uygulanarak doğru akım alındığı gibi doğru akım

uygulanarak çok fazlı alternatif akımda alınabilir. Çok fazlı alternatif akım üreteci olarak

kullanıldığında çok fazlı doğrultucularla alternatif akım yeniden doğrultulabilir.

Page 45: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

39

Yukarıda doğrultucular başlığı altında incelediğimiz doğrultma devreleri büyük akım

değerlerine sahip diyotlar kullanılarak yapılır ve sanayide büyük güçlü DA güç kaynağı

olarak kullanılır. Aynı devreler diyotlar yerine büyük akımlı tristörler kullanılarakda

yapılabilir. Tristör kullanmanın en büyük avantajı tristörün tetikleme açısını değiştirerek yarı

veya tam kontrollü doğrultucu devreler yapılabilmesi ve ayarlı doğru gerilim alınabilmesidir.

Bu güç kaynakları büyük akımlarda çalıştığı için en öncelikli sorun yarı iletkenlerin

soğutulmasıdır. Büyük akımlı diyot ve tristörler soğumayı kolaylaştırmak için metal kılıflı,

bağlantı kolaylığı sağlamak amacıyla da katodu şase (düz) ve anodu şase (ters) olarak

yapılır. Yine soğumayı kolaylaştırmak amacıyla içinde soğutucu gaz veya sıvının

dolaştırıldığı özel alüminyum soğutucu levhalar kullanılır. Bazı sistemlerde fanlar

kullanılarak hava ile soğutmada yapılır.

Resim 4.2: Büyük akımlı diyotlar

Çok büyük akım çekilen sistemlerde birden fazla sayıda doğrultucu devre aynı anda

kullanılır ve çıkışları birbirine paralel bağlanır.

1.4.5. Kesintisiz Güç Kaynakları

Elektrik enerjisi hayatımızın vazgeçilmez bir parçası haline gelmiş bulunuyor. Çok

kısa süreli de olsa kesilmiş olması yaşamımızı olumsuz olarak etkiliyor. Bu nedenle elektrik

şebekesinde oluşacak kesintilere karşı önlem almak, kesinti durumunda enerji sağlamak

amacı ile kesintisiz güç kaynakları geliştirilmiştir. Bu kaynaklar şebekede enerji olduğu

durumlarda akü gruplarını şarj ederler. Enerji kesildiğinde gerekli enerjiyi akü gruplarından

sağlayarak alıcıları çalıştırırlar. Çalışma sistemleri bakımından üç çeşit kesintisiz güç

kaynağı vardır. Bunlar; off line, line interactive ve on line kesintisiz güç kaynaklarıdır.

Off line kesintisiz güç kaynakları en basit yapıda olan güç kaynaklarıdır. Şebekede

enerji varsa röle sistemi ile şebeke enerjisini direkt çıkışa aktarırlar. Şebeke gerilimine

herhangi bir müdahaleleri olmaz. Alıcıları şebekeden çalıştırırken aynı anda alternatif akımı

doğrultup aküleri şarj ederler. Şebeke enerjisi kesildiğinde akülerden aldıkları doğru gerilimi

basit bir inverter sistemi ile alternatif gerilime çevirerek çıkışa verirler. İnverter çıkışları

genellikle kare dalga şeklindedir. Küçük güçler için bu kesintisiz güç kaynakları tercih edilir.

Page 46: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

40

Line interactive güç kaynakları; off line KGK’larından farklı olarak şebeke gerilimine

müdahale edip sabit tutabilme özelliklerinin olmasıdır. Bu regüle işlemi belirli gerilim

sınırları arasında transformatör kademeleri kullanılarak yapılmaktadır.

On line tipi KGK’ları daha büyük güçler için dizayn edilirler. Çıkıştaki yükleri baypas

sistemi sayesinde direkt şebekeden, inverter ile şebekeden ve inverter ile akü guruplarından

çalıştırma gibi üç farklı çalışma şekli bulunur. Mikro işlemci kontrollü yapılan bu cihazlar

sürekli şebeke enerjisini analiz ederek en doğru çalışma şeklini otomatik olarak seçerler.

Çıkışları genellikle tam sinüs dalgası şeklindedir. Bir faz çıkışlı olabileceği gibi büyük

güçlerde genellikle üç fazlı çıkış verirler. Tek bir alıcıyı çalıştırmak yerine daha geniş bir

sistemi çalıştırmak için kullanılırlar.

1.5. Endüstriyel Amplifikasyon Sistemleri

Endüstriyel sistemlerde fiziksel olayları algılamak için kullanılan sensör ve

transdüserlerin çıkışında genellikle çok küçük elektriksel büyüklük değişimleri olur. Direnç,

kapasite, endüktans, akım veya gerilimdeki küçük değişimler yükseltilir sonra veri olarak

kullanılır. Yükseltme (amplifikasyon) işlemleri için çoğunlukla işlemsel yükselteçler (Op-

Amp) kullanılır.

Ancak işlemsel yükselteçleri tek uçlu ters çeviren ve ters çevirmeyen yükselteç olarak

kullanmak uygulamalarda yetersiz kalır. Fark yükselteci olarak çalıştırılmaları daha uygun

olur. Bunun nedeni ise; birçok dönüştürücüde düşük seviyeli veri sinyalinin daha büyük

genlikte ortak mod sinyali üzerine bindirilmesidir. Yükseltme işlemi sırasında ortak mod

sinyalinin ( ya da dc bileşenin) ayrılarak sadece düşük seviyeli veri sinyalinin yükseltilmesi

istenilir. Bu da endüstriyel uygulamada kullanılacak işlemsel yükseltecin ortak işaret

bastırma oranının (CMRR) yeterince büyük olmasını zorunlu hale getirir.

Ayrıca dönüştürücülerin küçük ve eşit olmayan dirençleri; işlemsel yükselteç giriş

empedansı ile uygunsuz olacağından problemler ortaya çıkar. Bu problemlerin çözümü için

endüstriyel yükselteçler geliştirilmiştir.

1.5.1. İşlemsel Yükselteçlerin Fark Yükselteci Olarak Kullanılması

Aşağıda şekil 51(a)’daki devre, işlemsel yükselteç kullanılan standart fark yükseltici

devredir. İdeal bir fark yükseltici devrenin; girişlere uygulanan sinyallerin farklarını kazanç

oranında yükseltilmesi, girişteki sinyallerin varsa ortak bileşenlerini bastırması istenir. Şekil

51(a)’daki devreye uygulanan Şekil 51(c)’deki Vi1ve Vi2 gerilimlerini incelediğimizde

ortak bileşenlerinin bulunduğunu görürüz. Bu iki gerilimin ortak bileşenine Uc denilirse, bu

gerilimler Uc nin fonksiyonu şeklinde yazılabilir.

Girişlerin ortak bileşeni; Uc=2

VV 2i1i

(Denklem 51)

Girişlerin farkı; Vd=Vi1-Vi2 (Denklem 52)

Page 47: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

41

Girişler ortak bileşen cinsinden yazılabilir;

Vi1=Uc+2

Vd Vi2=Uc-2

Vd

U1 ve U2 gibi geçici değişkenler kullanılırsa; U1=2

Vd U2=2

Vd Vi1=Uc+U1

Vi2=Uc+U2 Olur.

Şekil 51(d) giriş sinyallerini ortak bileşen cinsinden, şekil 51(b) ise eşdeğer devreyi

göstermektedir. Eşdeğer devre üzerinde hesaplamalar yaparak girişlerin farkının ve ortak

bileşenlerinin hangi oranlarda yükseltildiğini bulabiliriz.

3

2

1

84

R2

R1

R3

R4

U1

U2

V0

Ur4+Vcc

_Vcc

Uc

+

+

+

3

2

1

84

R2

R1

R3

R4Vi1 Vi2

V0

+Vcc

_Vcc

+ +

(a) (b)

Şekil 5.1: (a) Fark yükseltici devre (b) Eşdeğer fark alıcı devre (c) Farkı yükseltilecek v 1i ve

v 2i sinyalleri (d) V 1i ve V 2i sinyallerinin ortak işaret fonksiyonu olarak gösterilmesi

Şekil 51(b) deki devreye süperpozisyon teoremi uygulanır.

Uc ve U1 kaynakları kısa devre kabul edilir, çıkış U2 cinsinden yazılırsa;

t 0

Volt

Vi1

0

Volt

t

U1

U2

Uc

Vi1

1-

Ze

ne

r

Di

yot

lu

2-

Şö

nt

Tr

an

sis

tör

3-

Se

ri

Tr

an

sis

tör

4-

(c) (d)

(c)

Page 48: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

42

V02=Ur4. 1

21

R

RR Denkleminde, Ur4=U2.

43

4

RR

R

Yerine konulursa,

V02= U2. 43

4

RR

R

.

1

21

R

RR olur.

Uc ve U2 kaynakları kısa devre kabul edilir, çıkış U1 cinsinden yazılırsa

Vo1= -U1.

1

2

R

R Olur.

U1 ve U2 kaynakları kısa devre kabul edilir, çıkış Uc cinsinden incelenirse

V0c=Uc.Ac yazılabilir.

Burada AC işlemsel yükseltecin ortak işareti yükseltme oranı olarak ifade edilmiştir.

İşlemsel yükseltecin yapısal parametrelerine bağlı bir değerdir. Kataloglar da verilen CMRR

değerinden hesaplanarak veya deneysel ölçümlerle bulunabilir.

CMRR= c

d

A

A (Denklem 53a)

CMRR(log)= 20.logc

d

A

A (Denklem 53b)

Sonuç olarak devrenin çıkış gerilimi; V0=V01+V02+V0c

Olacaktır.

Yukarıda hesaplanan değerler yerlerine yazılacak olursa;

V0=(-U1. 1

2

R

R)+( U2.

43

4

RR

R

.

1

21

R

RR )+( Uc.Ac) olur.

Şekil 5-1(d) deki devrede R1=R3 ve R2=R4 eşit alınır ve yukarıdaki denklem yeniden

düzenlenirse;

V0=(-U1. 1

2

R

R)+( U2.

1

2

R

R)+( Uc.Ac) V0=

1

2

R

R(U2-U1)+( Uc.Ac)

olur.

U1 ve U2 geçici değişken değerleri yerine konulursa;

V0=1

2

R

R(-Vd)+( Uc.Ac) , V0=( Vd

1

2

R

R)+( Uc.Ac)

(1

2

R

R) Olarak bulunan değer devrenin fark yükseltme oranıdır ve Ad olarak

gösterilirse;

V0=VdAd+Uc.Ac olur.

Page 49: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

43

Bulunan çıkış denkleminin kullanışlı olması için bilinmeyen Ac değeri yerine

kataloglardan bulunabilecek CMRR değeri denklem 53(a) dan faydalanarak

yazılacak olursa;

V0=VdAd+Uc. CMRR

Ad Olur.

V0= Ad Vd (1+d

c

V

V

CMRR

1)

(Denklem 54)

Örnek: Giriş gerilimleri Vi1 = 250 V, Vi2 = 200 V, fark işaret kazancı Ad = 10000

ve ortak işaret bastırma oranı CMRR değeri (a) 100 , (b) 106 değerleri için fark

yükseltecinin çıkış gerilimini bulunuz?

Vd=Vi1-Vi2 = 250200 = 50 V

Uc=2

VV 2i1i = 2

200250 = 225 V

Ortak sinyalin, fark sinyalinden çok daha büyük olduğuna dikkat edin.

(a) V0= Ad Vd (1+d

c

V

V

CMRR

1) = Ad Vd (1+

50

225

100

1) = Ad Vd (1+0,045)

=10000.50.1,045 = 522,5 mV

İdeal bir fark yükseltecinde 50 V’ luk fark sinyalinin kazanç oranında

yükseltildikten sonra çıkış geriliminin 500 mV olması gerekirdi. Ortak işaret sinyali

yeterince bastırılmadığı için 22,5 mV’ luk bir hata oluştu. Aynı hesaplamayı yüksek

CMRR değeri için yeniden yaparak ortak işaretin daha fazla bastırıldığını görelim.

(b) V0= Ad Vd (1+d

c

V

V

CMRR

1) = Ad Vd (1+

50

225

10

16

) = Ad Vd (1+0,0000045)

=10000.50.1,0000045 = 500,00225 mV

İşlemsel yükselteçlerde CMRR değeri ne kadar yüksekse devrenin ortak giriş

sinyallerini o kadar daha iyi bastırır. Bu nedenle endüstriyel yükseltme işlemlerinde CMRR

değeri yüksek olan işlemsel yükselteçler kullanılır.

Yükseltme işlemlerinde yükseltilecek sinyali üreten transdüser veya sensörün iç

direnci (çıkış empedansı) fark gerilim kazancının değişmesine neden olur. Bu durum giriş

sinyallerinin gerçek elektriksel eşdeğerleri kullanılarak şekil 5-2 de gösterilmiştir. Daha önce

yapılan hesaplamalarda girişlere bağlanan Z1 ve Z2 empedansları ihmal edilmiştir. Z1 ve Z2

empedanslarının eşit olmaması (Z1 Z2 ) durumunda

1

2

R

R=

3

4

R

R denkliğini de bozacağından

istenmeyen birçok problemin ortaya çıkmasına neden olur. Girişe bağlanan elemanın çıkış

Page 50: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

44

empedansını bilmek ve değiştirmek mümkün olmayacağı için yükseltici devrede R1 ve R3

giriş dirençlerinin yeterince büyük olması gerekir.

3

2

1

84

R2

R1

R3

R4Vi1 Vi2

Vo

+Vcc

_Vcc

++

Z2Z1

Şekil 5.2: Girişe bağlanan elemanların çıkış empedanslarının etkisi

1.5.2. Üç Adet İşlemsel Yükselteç İle Endüstriyel Yükselticinin Yapılması

Endüstriyel yükselticilerde ortak işaret bastırma oranının ve giriş direncinin etkilerini

yukarıda yaptığımız incelemede öğrendik. Yükseltici devrede bu parametrelerin yeterince

büyük olmasını sağlamak için üç adet işlemsel yükseltici şekil 53’de görüldüğü gibi

bağlanır. Giriş empedansı IC1 ve IC2 işlemsel yükselteçleri ile yaklaşık değerindedir.

Giriş sinyallerinin her iki işlemsel yükseltecin + girişine bağlanmaları ile en yüksek ortak

işaret bastırma oranı da elde edilmiş olur.

Devre üzerinde gerekli hesaplamalar yapıldığında çıkış geriliminin ve fark gerilim

kazancının;

V0=(Vi1-Vi2).1

321

R

RRR , Ad=

1

321

R

RRR olduğu görülür.

Yükseltici devrenin fark gerilim kazancının Ad olduğuna ve R1 direnci ayarlı yapılarak

değiştirilebileceğine dikkat ediniz.

Çizici (plotter) ve özel kalemli yazıcıların kalem sürücülerinde olduğu gibi bazı

endüstriyel uygulamalarda yükseltici çıkışının belirli bir referans değer üzerine bindirilmesi

gerekebilir. Bunu sağlamak amacıyla şekil 53 de gösterilen devrenin Ref ucu kullanılabilir.

Ref ucunun şase ile bağlantısı kopartılarak sabit bir DC gerilim uygulandığında çıkış

gerilimi;

V 0= Vref + (Vi1-Vi2).1

321

R

RRR olur.

Page 51: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

45

3

2

1

84

R2

R1R3

R

Vi2

Vi1

V

+Vcc

_Vcc

+

+

+Vcc

-Vcc

3

2

1

84

R

R

R

+Vcc

-Vcc

3

2

1

84

Rin

Rin

IC1

IC2

IC3

Ref

O

Şekil 5.3: Üç adet işlemsel yükselteç ile endüstriyel yükselticinin yapılması

Endüstriyel yükselticinin çıkışı pozitif veya negatif DC referans gerilimi ile

ayarlanmak istenilirse şekil.54 deki devre kullanılabilir. Bu devrenin çıkış ucu şekil 53

deki yükseltici devrenin referans ucuna bağlanmalıdır.

R 10k

+15 v

-15 v

3

2

1

84

R 10k

+Vcc

-Vcc

ICP

10kVref= (+5v) ~ (-5v)

+5v

-5v

Şekil 5.4: Pozitif ve negatif referans gerilimi oluşturan devre

1.5.3. Çeşitli Endüstriyel Yükselteç Örnekleri ve Temel Uygulama Devreleri

INA 110 amlifikatörü endüstriyel uygulamalar için geliştirilmiştir. İç yapısı daha önce

anlatılan üç işlemsel yükselteç bağlantısından farklı değildir. İlave olarak kazanç seçimi için

dört ayrı ucu bulunmaktadır. Şekil 5-5(b) de verilen tablodaki kazanç değerlerinden daha

farklı kazanç elde etmek için 11,12 ve 16 numaralı uçlar birleştirilip 3 numara ile arasına

hesaplanan bir direnç (RA) bağlanır. Bu direncin değeri;

RA: Bağlanması gereken harici direnç ( olarak) RA=1

40000

A-50

A: İstenilen yeni kazanç değeri

Page 52: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

46

Örnek: INA 110 yükseltecinde kazanç değerinin 750 olması için gerekli harici direnç

değeri kaç ohm olmalıdır.

RA=1

40000

A-50=

1750

40000

-50=53,4-50=3,4 RA=3,4 olmalıdır.

R11M

RL

+15 V

-15 V

1

2

36

7

8

9

10

Vo

Termokupul

INA 110

12

x10x100

x200

x500

+

-

C1

1mFC2

1mF

1

2

36

7

8

912

10

11

16

13

+

- INA 110

+Vcc-Vcc

Vo

(a) (b)

Kazanç değeri Bağlanacak uçlar

1

10100200

500

3-13

3-11

3-12

3 Numara Boş

3-16

(c)

Şekil 5.5: (a) INA 110 endüstriyel yükselteci örnek uygulama devresi (b) Kazanç seçme uçları ve

yük bağlantısı (c) Sabit kazanç değerleri için uç bağlantı tablosu

1.6. Servo ve Kontrol Sistemleri

Servo sistem çıkışın mekaniksel konum, hız veya ivme olduğu geribeslemeli kontrol

sistemidir. Bir kontrol sisteminin temel kısımları, kontrol edilen (denetlenen) sistem ve

kontrol (denetim) elemanıdır. Endüstriyel uygulamalarda kontrol edilen sistem genellikle

hız, basınç, ivme, yer değiştirme gibi bir fiziksel değişimdir. Bu fiziksel değişime uygun bir

kontrol değişkeni (çıkış değişkeni) belirlenir. Kullanılan kontrol elemanı bu kontrol

değişkenini istenilen değere ayarlar. Kontrol elemanı açık devre sistemlerde çok basit yapıda

olurken, kapalı döngü sistemlerde daha gelişmiş yapıdadır. Açık ve kapalı döngü sistemler

bu modülün “Temel Endüstriyel Sistemler” konusu içinde daha detaylı açıklanmıştır. Kapalı

döngü bir sistemin kontrol elemanında, karşılaştırıcı veya hata seçici, denetim, sürücü

(hareket ettirici) ve ölçme özellikleri bulunmalıdır.

Bir servo sistemde, kontrol edilen sistem mekaniksel konum, hız veya ivme üreten

elektromekanik makinelerdir. Kontrol elemanları ise bu elektromekanik makineleri çalıştıran

Page 53: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

47

düzenekler, ölçme elemanları, sensörler, transdüserler ve fark alıcı devrelerdir.

Elektromekanik makinelerin başında elektrik motorları gelmektedir. Endüstriyel

uygulamalarda kullanılan elektrik motorları yapı olarak birbirlerine göre farklılıklar

gösterirler. Bu motorlarının ortak yanı elektrik enerjisini mekanik enerjiye

dönüştürmeleridir. Konum ve hız kontrolü için her elektrik motoru uygun olmayabilir. Bu

durumda kontrol edilmek istenilen büyüklüğe uygun bir motor seçimi yapılmalıdır. Doğru

akım elektrik motorları bir servo sistem tasarımında en kullanışlı motorlardır. Özellikle

çalışması, geribesleme sistemi ile birleştirilmiş, fırçasız, elektronik kontrollü doğru akım

motorları idealdir. Bu nedenle elektronik bir kontrol devresi bulunan, fırçasız, içinde konum

sensörleri bulunan doğru akım motorlarına servo motor denilmektedir.

Servo motorlar uçaklarda kanat fleplerinin hareketinde, robotların eklem

hareketlerinde, iki veya üç boyutlu freze sistemlerinde, büyük güçlü varyaklarda,

kullanılırlar. Servo motorlar dâhili dişli sistemine sahiptirler ve yüksek momentlere ulaşırlar.

Çıkış mili DA ve step motorlarda olduğu gibi serbestçe dönmez. Belli açılarda döner. Servo

motorlar bunu elektronik mil konumu algılayıcısı ve bir kontrol devresiyle yaparlar. Servo

motorların güç, kontrol ve toprak olmak üzere üç farklı ucu vardır. Çoğunlukla 5 volt veya

12 voltta çalışırlar. Çoğu motorda mil 180 derece dönebilirler. AA ve DA çalışan iki türü

vardır.

Konum kontrolü yapılması gereken uygulamalar da genellikle adım motoru ya da

servo motor kullanılır. Adım motorları daha çok küçük güçlü sistemlerde ve düşük moment

gerektiren kontrollerde tercih edilir. Bunun yanında büyük güç, yüksek moment ve hızlı

tepki gerektiren sistemlerde ise daha çok servo motorlar kullanılır.

Hız kontrolü yapmak en çok kullanılan servo sistemdir. Çünkü hızı istenilen

değerlerde ayarlanabilen bir motor ile konum ve ivme kontrolü yapmak daha kolaydır.

Bir servo sistem için en önemli ayrıntılardan biriside mekanik konum, hız ve ivmenin

doğru bir şekilde ölçülmesidir. Bu mekaniksel ölçümler için takojeneratörler (takoüreteçler),

diferansiyel transformatörler, senkro generatörler ve motorlar, senkro diferansiyel generatör

ve motorlar eskiden beri kullanılmaktadır. Elektronik sistemlerin gelişmesi ile değişik

mekaniksel büyüklükleri ölçen elektronik transdüserler yapılmıştır. Bu transdüserler

üzerinde genellikle algılama, yükseltme, anolog veya dijital çıkış veren çıkış üniteleri birlikte

bulunur.

1.7. Pals ve Lojik Devreler

1.7.1. Pals Devreleri

Pals (darbe), gerilim veya akımın kısa zamanda ani olarak değişmesidir. Şekil 71’de

palsın şekli verilerek, şekil üzerinde yükselme zamanı, devam müddeti, düşme zamanı ve

pals periyodu gösterilmiştir.

Page 54: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

48

Yükselmezamanı.

DevamMüddeti

Düşmezamanı.

Periyot

Şekil 7.1: Palsın şekli ve parametreleri

Pals üretecinin çıkışında akım veya gerilim, sıfır değerinden en yüksek değere aniden

yükselemez. Akım veya gerilimin tepe değerine ulaşabilmesi için geçen zamana yükselme

zamanı denir.

Pals üretecinin çıkışında akım veya gerilim, tepe değerine ulaştıktan sonra bir süre bu

değerde kalır ve azalmaya başlar. Akım veya gerilimin tepe değerde kalmaya devam ettiği

zamana devam müddeti denilir.

Pals üretecinin çıkışında akım veya gerilim, tepe değerdeyken aniden sıfır değerine

düşmez. Tepe değerden sıfır değerine düşmesi için geçen zamana düşme zamanı denir.

Eğer palslar periyodik olarak meydana geliyorsa pals periyodundan ve frekansından

bahsedilebilir. Periyodik tekrarlanan palslar birbirinin aynısıdır (tepe değer, yükselme,

devam ve düşme zamanı açısından). Palsdaki bir noktadan, takip eden palsdaki aynı nokta

arasındaki geçen zamana pals periyodu denir.

Periyodik tekrarlanan palslarda bir saniye içinde meydana gelen pals sayısına pals

frekansı denir.

Palsın şekli önemlidir. Elektronik devreler palsın yükselme, devam ve düşme

zamanlarına değişik şekillerde etki yaparlar. Pals, temel sinüs dalgasının sonsuz miktarda

harmoniklerinin toplamıdır. Bu nedenle bir palsı elektronik devreden bozulmaya uğramadan

geçirebilmek için, devrenin bant genişliğinin çok yüksek olması gerekir.

Uygulamada bir pals veya pals serisi üretmek için multivibratör devreleri ya da

osilatör devrelerinin çıkışı dalga şekillendirici devreler ile düzenlenerek kullanılır.

Özellikle kare dalga osilatörleri ile istenilen pals daha kolay üretilebilir. En yaygın

olarak kullanılan 555 entegresi periyodik palslar üretmek için de uygundur. Bu

entegre ile standart kare dalga osilatör devresi kurulup modülasyon girişi (5 numaralı

uç) kullanılarak istenilen periyodik palslar üretilir. Şekil 72’de 555 entegresi ile

yapılmış periyodik pals üreten devre görülmektedir. Bu devrede osilatör frekansını

R1,R2 dirençleri ve C kondansatörü belirler. Modülasyon girişi değiştirilerek palsin

devam müddeti oranı ayarlanabilir.

Page 55: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

49

R4

DC7

Q3

GN

D1

VC

C8

TR2

TH6

CV5

NE555R1

R2

C

P V0

+Vcc

Şekil 7.2: 555 Entegresi ile yapılmış peryodik pals üreteci

Endüstriyel uygulamalarda pals devreleri yarı iletken güç anahtarlarını (güç

transistörleri, tristörler ve triyaklar) tetiklemek için ve sayısal modülasyon işlemlerini

yapmak için kullanılır. Güç anahtarlarını tetiklemek için genellikle çalışma frekansından

(veya şebekeden) alınan örnek sinyal dalga şekillendirici devreler ile düzenlenerek kullanılır.

Çok kullanılan dalga şekillendirici devreler şunlardır:

Kırpıcılar

Kenetleme devreleri

Schmitt Trigger Devreleri

Miller Devresi

Boot Strobe Devreleri

İntegral Alıcı Devreler

Türev Alıcı Devreler

Bu devreler daha önce almış olduğunuz Elektronik Devreler ve Sistemler1

modülünde daha ayrıntılı işlenmiştir.

1.7.2. Lojik Devreler

Dijital (sayısal) sistem tasarımında kullanılan ve sayısal sinyalleri işlemede kullanılan

devrelere “lojik devreler” denilir. Lojik devreler için bir sinyal ya yüksek (Hight) seviyede

ya da düşük (Low) seviyede olabilir. Bu ikili duruma en uygun sayı sistemi, ikilik sayı

sistemidir.

Bir sayısal devre tasarımında, işlenecek verilerin aktif durumu (bir motorun çalışması)

yüksek seviyede tanımlanırsa pozitif mantık, düşük seviyede tanımlanırsa negatif mantık

Page 56: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

50

kullanılmış olur. Fakat bu durum birbirinden çok da ayrılmış değildir. Çünkü değil (inverter)

lojik kapıları ile kolayca dönüşüm yapılabilmektedir.

Lojik devrelerin temelini lojik kapılar oluşturur. Lojik kapılar, ikilik sayı sisteminde

mantıksal işlemleri yapabilen devrelerdir. Lojik kapı devreleri; VE (AND), VEYA (OR),

DEĞİL (INVERT-NOT), TAMPON (BUFFER), VE DEĞİL (NAND), VEYA DEĞİL

(NOR), ÖZEL VEYA (EX-OR), ÖZEL VEYA DEĞİL (EX-NOR) mantık devrelerinden

oluşur. Bu lojik kapılar kullanılarak kodlayıcı, kod çözücü, multiplexer demultiplexer,

toplayıcı, çıkarıcı, karşılaştırıcı, flip-floplar, sayıcılar, kaydediciler, anolog-dijital

dönüştürücüler (ADC), dijital-analog dönüştürücüler (DAC) gibi temel sayısal devreler

geliştirilmiştir.

Entegre devre üretim teknolojisinin gelişmesi ile yukarıda bahsettiğimiz lojik devreler

hazır lojik entegre olarak üretilmişlerdir. Entegre devrelerin, ebatları küçük, maliyeti düşük,

enerji tüketimi az, çalışma hızı yüksektir ve bağlantı kolaylıkları vardır. Lojik entegreler

üretimde kullanılan yarıiletken ve elektronik devre elemanları çeşitlerine göre, RDL, RTL,

DTL, I2L, TTL, ECL, HTL, MOS ve CMOS mantık gruplarından oluşur.

TTL (Transistör Transistör Lojik) Entegreler: Sabit 5 volt doğru gerilim ile

çalışırlar. Piyasada 74 ve 54 serisi (74C ve 74HC serileri hariç) lojik entegreler

TTL tipi entegrelerdir. TTL entegrelerin girişlerinde; 0-0,4 volt arası Lojik “0”

olarak ve 2,45 volt arası Lojik “1” olarak algılanır. Lojik “0” ve “1” arasında

belirsiz bölgedeki gerilim değerleri başta sıcaklık olmak üzere değişik etkilerle

lojik “0” veya lojik “1” olarak algılanabilir.

TTL lojik entegrelerinde açık kolektörlü, totem pole veya üç durumlu çıkış katı

olabilir. Açık kolektörlü çıkış katında çıkış transistörünün kolektör ucu boşta bırakılmıştır.

Yük, besleme kaynağının pozitif ucu ile çıkış ucu arasına bağlanır. Eğer yükü şase ile çıkış

arasına bağlama zorunluluğu varsa, çıkış bir pull-up (yukarı çekme) direnci ile besleme

kaynağına bağlanır. Totem pole türü çıkışlarda, çıkışta iki transistör seri bağlıdır, çıkış

aradan alınır. Lojik çıkış durumuna göre transistörlerden biri iletime geçer. Güç harcaması

daha fazla olmasına rağmen çalışma hızı yüksek ve gürültü seviyesi düşüktür. Üç durumlu

çıkışlarda ise bir yetkilendirme girişi ilave edilmiş, yetki olmadığı durumlarda çıkışta yüksek

direnç göstermektedir. Yetki girişinin bulunduğu entegreler, birden fazla sayıda entegre

çıkışının direk birbirine bağlı olduğu adres, kontrol ve data yollarına yapılan bağlantılar için

kullanılır. Aktif olmayan entegreler, çıkışları yüksek dirençli üçüncü duruma alınarak kısa

devreler önlenmiş olur.

CMOS Entegreler: CMOS entegreleri, P ve N kanallı mosfet transistörler

kullanılarak yapılmış lojik entegrelerdir. CMOS entegrelerin güç harcaması

TTL entegrelere göre daha düşüktür. CMOS entegreler 40 (140) ya da 45 (145)

serisi ile başlar. Ancak TTL serisi ile uyum sağlamsı için 74C ve 74HC serisi

entegreler de CMOS olarak üretilir. CMOS entegrelerin çalışma gerilimleri

oldukça esnek olup 3-18 volt doğru gerilim ile çalışırlar. Çalışma sıcaklıkları -

55 0C ile +125

0C arasındadır. Girişlerinde 0-0,4 volt arasını lojik “0” olarak, 3-

18 volt arasını lojik “1” olarak algılarlar. CMOS entegrelerde de üç durumlu

çıkış (lojik “0”, lojik “1” ve büyük çıkış direnci) kullanılan bir yöntemdir.

Page 57: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

51

1.8. Programlanabilir Kontrolörler ve Mikroişlemciler

Mikroişlemciler program komutları doğrultusunda, ikilik sayılar üzerinde aritmetiksel

ve mantıksal işlemler yapabilen, bu işlemlerin sonuçlarına uygun olarak çalışmasını

yönlendirebilen tümleşik devre elemanıdır. Mikroişlemci, kendisi için hazırlanmış olan

programın komutlarını tek tek işleyerek yürütür. Mikroişlemci kullanılarak yapılan bir cihaz,

lojik kapı ve entegrelerle yapılan cihazlara göre çok daha sade, maliyeti düşük, boyutları

daha küçüktür. Programlanabilir olması nedeni ile modüler ve esnek bir yapıya sahiptir.

Sadece programda yapılacak değişiklik ile cihaz veya sistemin çalışmasında revizyon

yapmak çok kolay olur. Böylece zamandan ve maliyetten kazanılmış olur. Bu

üstünlüklerinden dolayı mikroişlemciler günümüzde çok popüler olmuş, birçok cihaz ve

sistemin vazgeçilmez parçası haline gelmiştir. Çevremizde gördüğümüz yazar kasalarda,

fotokopi makinelerinde, telefon santrallerinde, elektronik terazilerde, elektronik yazı

panolarında, endüstriyel makine ve tezgâhlarda, robotlarda, nükleer santrallerde, uzay

çalışmalarında ve tıbbi cihazlarda mikroişlemcili sistemler kullanılmaktadır.

ALU

ünitesi

Kontrol ve denetim ünitesi

Kaydedicive

sayıcılar

Tam

pon v

e k

ilitleyic

iler

Adres, data, kontrolyolları.

adresyolu

veriyolu

kontrolyolu

Şekil 8.1: Mikroişlemci içyapısı

Basit yapıdaki bir mikroişlemci incelendiğinde, dört temel ana bloktan oluştuğu

görülür. Bunlar, ALU (Aritmetik Lojik Unit), kontrol ve denetim merkezi, kaydedici ve

sayıcılar ile tamponlar ve kilitleyiciler olup şekil 8-1’de gösterilmiştir. Mikroişlemcilerin dış

devre elemanları ile bağlantısı besleme uçları, veri yolları (Data Bus), adres yolları (Adres

Bus) ve kontrol yolları ile yapılmaktadır.

Mikroişlemci kullanılarak yapılan elektronik devreye mikrobilgisayar denilir. En basit

yapıdaki bir mikrobilgisayar devresinde başta mikroişlemci olmak üzere, hafıza elemanları

(EPROM, RAM, vb.) ve giriş/çıkış elemanları (PIA, ACIA, vb.) bulunur. Şekil 82’de bir

mikrobilgisayarın blok diyagramı görülmektedir. Mikroişlemciler bir taraftan endüstride

kontrol ve denetim sistemlerinde kullanılırken diğer taraftan kişisel bilgisayarlarda (PC;

personel computer) ve daha büyük kapasiteli bilgisayarlarda kullanılmaktadır. PC ve büyük

kapasiteli bilgisayarların yapısı mikrobilgisayara göre daha karmaşık ve daha gelişmiştir.

Page 58: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

52

adres yolu

veri yolu

kontrol yolu

ROM RAMMİKROİŞLEMCİ I/O

Seri v

e p

ara

lel

giriş

-çık

ışla

r

Şekil 8.2: Mikrobilgisayar blok diyagramı

İlk mikroişlemciler (Intel-8080, Motorola-6800, Zilog-Z80 ve 6502) 8 bitlik veri ve

adres yolunu kullandı. Daha sonraları geliştirilerek üst modelleri üretildi ve 16 bitlik (Intel-

8086, Motorola-68000, Zilog-Z8000 texas ins.-9900) mikroişlemciler ortaya çıktı. Üretim

alanındaki teknolojik gelişme çok hızlı oldu ve başka birçok firmada değişik isimlerle

mikroişlemciler üretti. Veri yolunun önce 32 bite daha sonra 64 bite çıkarıldığı

mikroişlemciler üretildi.

Bir mikroişlemci hafıza ve giriş/çıkış elemanları olmadan kullanılamaz. Gerekli

minimum donanım elemanları ile birlikte bir mikroişlemcinin tek kılıf içinde üretildiği devre

elemanlarına mikrokontrolör veya mikrodenetleyici denilir. Kısıtlı miktarda olmakla birlikte

yeterince hafıza birimlerine ve giriş/çıkış uçlarına sahiptirler. Çok az dış devre elemanı

kullanarak sistem kurmak mümkündür. Tek başlarına çalışabildikleri gibi diğer elektronik

devrelerle, başka mikrokontrolör ve bilgisayarlarla irtibat kurabilir, uygulamanın gerektirdiği

fonksiyonları gerçekleştirebilirler. Mikrobilgisayarın kullanıldığı bütün alanlarda rahatlıkla

kullanılabilir. Ayrıca mikrokontrolörler, mikrobilgisayara nazaran;

Oldukça küçük boyutlu,

Çok düşük güç tüketimine sahip,

Düşük maliyetli,

Yüksek performansa sahiptirler.

Değişik üretici firmalar birçok mikrokontrolörü kullanıma sunmuştur. Bunların içinde

intel-8051 ailesi, microchip-PICxxC(F)xxx, atmel-89xxx mikrokontrolörleri en popüler

olanlardır. Temelde benzer yapıda olmalarına rağmen hafıza kapasiteleri, işlem hızları,

giriş/çıkış sayıları, analog/dijital girişleri, zamanlayıcıları gibi alt fonksiyonları birbirinden

farklıdır.

1.9. Fiber Optikler

Işık, farklı yoğunlukta iki cismin birleşme yüzeyinden geçerken cisimlerin kırılma

indislerine bağlı olarak belli bir açıda kırılır. Kritik açı değerinden daha küçük bir açı ile

birleşme yüzeyine çarptığında tam yansımaya uğrar. Bu özelliği kullanarak ışık ışınlarını

Page 59: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

53

belirli bir alanın içine hapsedip, bu alan boyunca ilerlemelerini sağlayabiliriz. Şekil 9-1’de

kırılma indisleri farklı olan A ve B cisimlerinin birleşme yüzeyine çarpan ışık ışınlarının

kırılması ve yansıması görülmektedir. Işık ışınlarının birincisi kritik açıdan daha küçük bir

açı (birleşme yüzeyinin normali ile yapılan 1 açısı) ile geldiğinden yansımaya uğramadan

kırılarak A cismine geçmektedir. İkinci ışık ışını ise büyük bir açı (2 ) ile geldiğinden tam

yansımaya uğramakta ve B cismi boyunca ilerlemektedir. Koruyucu bir kılıf içine ince cam

liflerin yerleştirilmesi ile fiber optik kablolar yapılmıştır. Cam lifler içine gönderilen ışık

ışınları, cam lif ile koruyucu kılıf arasındaki birleşme yüzeyinden sürekli tam yansımaya

uğrayarak kaybolmadan ilerler. Analog veya sayısal olarak kodlanmış bilgiler, normal ışık ve

lazer kullanılarak bu cam lifler üzerinden gönderilir.

Şekil 9.1: Işık ışınlarının kırılma ve yansıması

Fiber optikler ilk olarak 1950’ li yıllarda endüstride kullanıma başlandı. 1966 yılında

Charles Kao ve George Hockham cam fiber üzerinden veri aktarımı da yapılabileceği fikrini

ortaya attılar. Sonraki dönemlerde fiber üzerindeki kayıp oranları o kadar az seviyelere

indirildi ki, fiber veri aktarımı için bakır iletkenlere göre çok daha avantajlı bir konuma

geldi. Bakır iletkenli kablolara göre avantajlarını şöyle sıralayabiliriz;

Düşük sinyal kayıpları nedeniyle çok daha uzun mesafelere veri aktarımı

mümkündür. Bu mesafe tekrarlayıcı (reperater) kullanılmadan 2 Km'ye kadar

çıkabilir. Bakır UTP kablolarda bu mesafe 100m ile sınırlıdır.

Entegre optik sistemler sayesinde çok yüksek hızlarda veri aktarılabilir. Öyle ki

saniyede binlerce cigabitlik veri aktarımı yapılabilir.

Fiber optik kablolar daha hafif ve incedir. Bakır kablo kullanmanın zor olduğu

ortamlarda kullanılabilmesini sağlar.

Fiber optik kabloların en önemli özelliği elektromanyetik alanlardan hiç

etkilenmemesidir. Çünkü fiber optik kablodan elektrik yükleri değil ışık

aktarılır. Bu nedenle elektromanyetik alanlara karşı izolasyon gereçlerine

ihtiyaç duyulmaz.

Fiber optik kablolar elektrik akımına karşı yalıtkan olduğu için, elektriksel

yalıtımın zorunlu olduğu yerlerde kullanılabilir.

Binalar arasında toprak hattındaki fark nedeniyle ortaya çıkan veri iletim

problemleri fiber optik kablolar için sorun değildir.

Fiber optik kablolar kimyasal fabrikalar, askeri üsler gibi küçük bir elektrik

akımı kaçağının patlamaya neden olabileceği ortamlar için de idealdir.

UTP veya diğer kabloların aksine, fiber optik kablodan bilgi çalmak çok daha

zordur.

1

2

1 2

A

Cismi B Cismi

Işık Işınları

Page 60: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

54

1.9.1. Bant Genişliği ve Optik Güç

Fiber optik bir sisteme performans sınırlaması getiren en önemli iki parametre bant

genişliği (BW) ve optik güç değeridir. İletim mesafesi uzadıkça bant genişliği küçülür, optik

kayıplar artar. Bu nedenle belirli aralıklarla tekrarlayıcılar kullanılır. Her tekrarlayıcıda bir

foto dedektör ve bir verici bulunur. Tekrarlayıcı aralığını olabildiğince geniş tutmak eğer

mümkünse hiç kullanmamak arzu edilir.

Akım Darbe Devresi

Akım

Zaman

Giriş Akım Darbesi

Şid

det

Zaman

Giriş Optik Darbesi

Şid

det

Zaman

Çıkış Optik Darbesi

Akım

Zaman

Çıkış Akım Darbesi

T T

Optik Kaynak

Fiber Optik Kablo

Foto Dedektör12

3

4

5

(a)

(b) (c) (d) (e)

Şekil 9.2: (a) Fiber optik iletim hattı (b) Giriş akım darbesi (c) Giriş optik darbesi (d) Çıkış

optik darbesi (e) Çıkış akım darbesi

Aktarılmak istenilen veri “0” ve “1” ler şeklinde sayısal bilgiye dönüştürülüp

kodlandıktan sonra elektronik devrelerde akım darbeleri halini alır. Akım darbeleri optik

kaynak tarafından (verici) ışık darbelerine dönüştürülür. Şekil 92(b)’de girişe uygulanan

akım darbesi, (c)’de ise bu akım darbesinin oluşturduğu giriş optik darbesi görülmektedir.

Şekil 92(a) daha ayrıntılı incelendiğinde optik kaynaktan çıkan ışık ışınlarının değişik

açılarda fiber optik kabloya girdiklerini görürüz. Bu ışık ışınlarının kritik açıdan daha küçük

açı (yüzey normal doğrusuna göre) ile gelenleri (1 numaralı ışın) yansımaya uğramaz ve

koruyucu kılıf tarafından emilir. Bu ışınlar giriş bağlaşım kayıplarının bir kısmını oluşturur.

Kritik açıdan daha büyük açı ile gelen ışınlar (2,3,5 numaralı ışınlar) cam lif ve koruyucu

kılıf arasındaki birleşme yüzeyinden tam yansımaya uğrar ve cam lif boyunca yansımaya

devam ederek ilerler. Fiber optik kabloda cam lif merkez eksenine paralel gelen ışık ışınları

(4 numaralı ışın) hiçbir yansımaya uğramadan ilerler. İletim hattının sonundaki foto

dedektöre ulaşan ışık ışınlarının gitmiş oldukları yol uzunluklarını incelediğimizde; en kısa

yolu merkez eksene paralel gelen 4 numaralı ışının, en uzun yolu ise kritik açı değerinde

giriş yapan 2 numaralı ışının gittiğini görürüz. Aynı kaynaktan aynı anda çıkan ışınlar farklı

zamanlarda foto dedektöre ulaşmaktadır. 2 ve 4 numaralı ışınlar arasındaki zaman farkı

hesaplanarak bulunabilir. Optik kaynaktan çıkan ve foto dedektöre ulaşan bütün ışık ışınları

dikkate alındığında girişte şekil 9-2(c) deki gibi olan optik darbe, iletim hattının sonunda

ayrılmaya uğrayarak şekil 92(d) deki çıkış optik darbesi haline dönüşür. Bu optik darbe

foto dedektör çıkışında şekil 92(e)’ deki çıkış akım darbesini oluşturur. Eğer sadece cam lif

merkez eksenine paralel gelen ışınlar (4 numaralı) iletimi sağlamış olsalardı optik ayrılma

daha az oluşurdu. Yinede malzemeden kaynaklanan ayrılmalar olacaktır. Sonuç olarak

girişten uygulanan bir akım darbesinin periyodunun çıkışta genişlemeye uğradığı görülür.

Page 61: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

55

Darbe periyot genişlemesi (optik ayrılma); veri aktarım hızının belirlenmesinde dikkate

alınmalıdır. Bu durum yüksek frekanslarda çalışmayı engeller. Çalışılabilecek frekans

aralığına bant genişliği denilir. Bant genişliği yukarıda bahsedilen zamansal gecikmenin tersi

alınarak bulunur.

Bant genişliği BW=T

1

Optik bir sistemin tasarımı yapılırken, sistem için gerekli optik gücün de öngörülmesi

gerekir. Optik gücün belirlenmesinde foto dedektör için gerekli optik güç ve iletim hattı

boyunca meydana gelecek optik kayıplar dikkate alınır. İletim hattında oluşabilecek optik

kayıplar şunlardır;

Giriş bağlaşım kaybı

Bağlantı parçası / ek kaybı

Fiber zayıflaması

Çıkış bağlaşım kaybı

1.9.2. Optik Kaynak ve Alıcılar

Optik iletim hatlarında tekrarlayıcı aralığını en aza indirmek için kaynaktan çıkan ışık

şiddetinin mümkün olduğunca büyük olması gerekir. Fakat kaynağın çok şiddetli ışık

vermesi tek başına yeterli değildir. Aynı zamanda kaynaktan çıkan optik gücün etkili bir

biçimde fiber çekirdeğe gönderilmesi gerekir. En etkili şekilde göndermek için kaynağın ışık

emisyonu yapan bölgesinin fiberin çekirdek alanından daha küçük olması gereklidir.

Kaynağın ışık hüzme paterni neredeyse paralellenmiş olmalıdır.

Optik kaynak olarak ışık yayan diyotlar (LED’ler) ve enjeksiyon lazer diyotları

(ILD’ler) kullanılmaktadır. LED’leri fiber optikle uyumlu hala getirmek için bazı

değişiklikler yapılmıştır. Öncelikle emisyon yapan alan küçültülmüştür. Kaynağın tayf

genişliğinin en az olması istenilir. Lazer diyotların tayf genişliği LED’lere göre çok

küçüktür. Katı hal lazer diyotları özellikle sayısal optik sistemler için çok uygundur. Lazer

diyotların pahalı olması, güç çıkışının sıcaklıkla değişmesi ve analog modülasyon

kullanılmak istendiğinde harmonik bozulmanın oluşması LED’lere göre dezavantajlarıdır.

Fiber optik sistemlerde kullanılan en yaygın alıcı foto diyotlardır. Bunlar çoğunlukla

gelen ışığı elektriksel enerjiye dönüştüren PIN diyotlar ya da çığ diyotlarıdır. Bir PIN foto

diyot, P ve N yarıiletken bölgeleri arasına çok hafif katkılı tampon bölgenin konulması ile

yapılmıştır. Çok hafif katkılı bölgede yutulan ışık enerjisi fotonları negatif yüklü elektron ve

pozitif yüklü hol çiftlerinin oluşmasını sağlar. Dışarıdan uygulanan elektrik alanı elektron-

hol çiftlerinin ayrılmasını sağlar. Bu durum yük devresinde gelen optik güç ile orantılı akım

oluşmasını sağlar. Daha fazla duyarlık gerektiren uygulamalarda çığ diyotu (APD) tercih

edilir. PIN diyotlarda olduğu gibi çığ diyotta ters ön gerilimlidir. Ancak öngerilim değeri çok

yüksek (300 V’a kadar) olduğundan daha yüksek kazanç, çok daha yüksek yanıt verme oranı

ve daha fazla sinyal akımı oluşturur.

Page 62: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

56

1.9.3. Kaynak ve Alıcıların Sürücü Devreleri

Kaynak sürücü devreleri basit devrelerdir. Analog şiddet modülsyonu için şekil 93(a)

daki transistörlü devre uygundur. PPM ya da sayısal açık/kapalı anahtarlama gibi darbe

modülasyonu tekniklerinde, LED veya ILD’yi anahtarlamak için FET kullanmak

mümkündür. Şekil 93(b) de FET kullanılan sürücü devre görülmektedir.

LED

R1

R2

+Vcc

R1

R2

ILD

+Vcc

(a) (b)

Şekil 9.2: (a) Analog şiddet modülasyonu için uygun sürücü devre (b)Darbe modülasyonu

tekniğinde uygun sürücü devre

Alıcı devrelerinin düzenlenmesinde de çok esnek davranılabilir. PIN diyot ya da çığ

diyot gibi elektrik akım kaynakları için uygun bir yükselteç devresi şekil 94(a)’da

gösterilmiştir. Şekil 94(b)’de bir RL yük direnci kullanılmış ve bu direnç üzerinde düşen

gerilim işlemsel yükselteç ile yükseltilmiştir. Çoğu foto diyot üretici firma foto diyot ile ön

yükseltici devreyi aynı paket içinde tümleşik devre olarak üretmiştir.

R1

-V

R1

R2

+Vcc

RL

(a) (b)

Şekil 9.4: (a) Akım modunda çalışan alıcı yükselteci (b) Gerilim modunda çalışan alıcı yükselteci

Page 63: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

57

1.9.4. Sinyal Çoğullama

Bir fiber optik hat üzerinden birden çok sinyal gönderilecekse, çoğullama gereklidir.

Frekans bölmeli ve zaman bölmeli çoğullama (FDM ve TDM) kullanılan en eski

yöntemlerdir. Dalga boyu bölmeli çoğullama (WDM) yeni bir tekniktir ve farklı dalga

boylarında optik kaynakların kullanılmasını gerektirir. Bu teknikte uygun sinyali seçmek için

foto dedektörlerde filtreler kullanılır.

1.9.5. Modülasyon

Optik kaynakların üzerinden geçen elektrik akımını ayarlamak suretiyle optik gücü

değiştirmek mümkündür. Bu durum analog sinyalleri optik modülasyon ile

gönderebileceğimiz anlamına gelir. Eğer birden çok analog sinyal, frekans bölmeli

çoğullama (FDM) yöntemi ile gönderilecekse; öncelikle analog sinyal alt taşıyıcı RF

sinyalini modüle eder. Daha sonra modüleli RF sinyali optik kaynağı şiddet modülasyonuna

tabi tutar.

Fiber optik sistemlerde darbe modülasyonu iyi bir alternatiftir. Darbe konumu

modülasyonu (PPM) ve darbe kod modülasyonu (PCM) da kullanılan tekniklerdir.

Sayısal verinin iletimi için en dolaysız yol optik kaynağı “açık” ve “kapalı” konumlara

anahtarlamaktır. Fakat veride bozulma olmaması, iletişim güvenliğinin sağlanması için

veriler özel şekilde kodlanır. Manchester kodlaması ve iki kutuplu kodlama kullanılan

tekniklerdir. Bir başka yaklaşım, önce bir RF taşıyıcı sinyali sayısal olarak modüle etmek ve

sonra ışık kaynağını şiddet modülasyonuna tabi tutmaktır.

Page 64: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

58

UYGULAMA FAALİYETİ

İşlem Basamakları Öneriler Elektronik sistemleri tanıyınız.

Sistem hatalarını düzeltiniz.

Bir örnek elektronik cihazı inceleyiniz.

Bu cihazda hangi elektronik devrelerin

kullanılmış olduğunu tesbit ediniz.

Elektronik devrelerde oluşabilecek

arızaları tartışınız. Cihaz üzerinde;

dijital avometre, analog avometre,

frekansmetre ve osilaskop kullanarak

ölçümler yapınız.

Cihaz üzerinde tartışarak bulduğunuz

olası arızaların nasıl giderilmesi

gerektiğini uygulama ile görünüz.

UYGULAMA FAALİYETİ

Page 65: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

59

ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME

A- OBJEKTİF TESTLER (ÖLÇME SORULARI)

Aşağıdaki soruların cevaplarını doğru veya yanlış olarak değerlendiriniz.

1. Sürekli titreşime maruz kalacak elektronik eleman gurupları kapsüllenir.

2. İşlemsel yükselteçler elektronik cihazlarda sinyal zayıflatmak için kullanılır.

3. Örnekle-tut yükselteçleri girişlerine uygulanan sinyalden örnek alarak çevrim

süresince sabit tutar.

4. Ortak emiterli yükselteçler birbirine köprü diyotlar ile bağlanır.

5. TV anten kaplosu olarak koaksiyel kaplolar kullanılır.

6. RF sinyalleri ile veri iletimi kablo bağlantısının mümkün olmadığı yerlerde

kullanılır.

7. Osilatörler kararsız çalışan yükselteç ve frekans seçici kısımlardan oluşur.

8. Köprü diyotlar filitre devrelerinde kullanılır.

9. Büyük akım çekilen güç kaynaklarında kondansatörlü filitre devresi kullanılır.

10. Anahtarlamalı güç kaynaklarının çıkış gerilimi daha doğrusal, gerilim

regülasyonu daha iyi ve verimliliği daha yüksektir.

11. Kesintisiz güç kaynaklarının esas amacı tam doğru gerilim vermektir.

12. İşlemsel yükselteçler fark yükseltici olarak kullanıldığında ortak işaret bastırma

oranlarının yüksek olması istenilir.

13. Geri beslemeli bütün sistemlere servo sistem denilir.

14. En basit yapıdaki bir mikrobilgisayar devresinde mikroişlemci, hafıza

elemanları ve giriş/çıkış elemanları bulunmak zorundadır.

15. Havadan ışık göndererek veri iletimi yapan sistemlere fiber optik sistemler

denilir.

DEĞERLENDİRME Cevaplarınızı cevap anahtarı ile karşılaştırınız. Doğru cevap sayınızı belirleyerek

kendinizi değerlendiriniz. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap verirken tereddüt yaşadığınız

sorularla ilgili konuları faaliyete dönerek tekrar inceleyiniz.

Tüm sorulara doğru cevap verdiyseniz diğer faaliyete geçiniz.

ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME

Page 66: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

60

ÖĞRENME FAALİYETİ–2

Uygun atölye ve laboratuar ortamı sağlandığında endüstriyel sistemleri kullanabilecek

arızalarını giderebileceksiniz.

Bu faaliyete başlamadan önce yapmanız gereken öncelikli araştırmalar şunlardır;

Yakınınızda bulunan ve üretim yapan bir işyerine giderek inceleyiniz.

Kullanılan dijital ve analog sistemleri tesbit ediniz.

Bilgisayarların endüstriyel tesislerde hangi amaçlarla kullanıldığını

araştırınız.

Araştırma işlemleri için internet ortamını, bu konuda yayımlanmış olan firma

kataloglarını ve modülün sonunda belirtilen kaynakların ilgili bolümlerini incelemeniz

gerekmektedir. Ayrıca bir işletmede tamir ve bakım işlerini yapan kişilerden ön bilgi

edininiz.

2. TEMEL ENDÜSTRİYEL SİSTEMLER

2.1. Endüstriyel Sistemlerin Temelleri

Sistem, bir bütün oluşturacak şekilde karşılıklı olarak birbirine bağlı elemanlar

toplamıdır. Kontrol veya denetim ise ayarlamak, düzenlemek veya kumanda etmek anlamına

gelir. Bu durumda kontrol sistemini, kendisini veya başka bir sistemi kumanda etmek,

yönlendirmek, ayarlamak üzere birleştirilen fiziksel elemanların tamamı şeklinde

tanımlayabiliriz.

Kontrol sistemlerini ve işlemlerini, bilinçli veya bilinçsiz bir şekilde günlük

hayatımızda her an kullanırız. Bizim farkında bile olmadan vücudumuzun sıcaklık denetimi,

kan şekerinin ayarlanması, gözün ışık şiddetine göre kısılması kontrol sistemine biyolojik

örnekler olarak verilebilir. Bir odanın sıcaklığının otomatik olarak ayarlanan değerde sabit

tutulması, bir alternatörde üretilen gerilimin sabit tutulması, bir motorun dönüş hızının

düzenlenmesi gibi uygulamaları ise endüstriyel kontrol sistemlerine örnek olarak verebiliriz.

ÖĞRENME FAALİYETİ–2

ARAŞTIRMA

AMAÇ

Page 67: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

61

Kontrol sistemlerini, uygulama alanları ve çalışma biçimlerine göre süreç kontrol

sistemleri, izleyici kontrol sistemleri ve servo kontrol sistemleri olmak üzere sınıflandırmak

mümkündür.

Süreç kontrol sistemine, düzenleyici kontrol sistemi de denilir. Bozucu girişlerin

etkisine rağmen sistem çıkışını önceden belirlenmiş sabit bir değerde tutmaya çalışan

geribeslemeli kontrol sistemleridir. Oda sıcaklığının sabit tutulması böyle bir kontrol

sistemine örnektir.

İzleyici kontrol sistemlerinde giriş değişken olup çıkışın bu giriş değişimlerini hatasız

izlemesi istenir. Sisteme değişken giriş etki ettiği gibi bozucu girişlerde etki etmektedir. Bu

nedenle sistemin, giriş değişimlerini hatasız izlemesi ile birlikte, bozucu girişlerin etkisini de

ortadan kaldırması beklenir.

Servo kontrol sistemleri, çıkışın mekaniksel konum, hız veya ivme olduğu

geribeslemeli kontrol sistemleridir. Doğru akım motorları, adım motorları, konum denetimli

elektrohidrolik ve elektropnömatik sistemler örnek olarak verilebilir. Yerine göre

düzenleyici yerine göre de izleyici türde çalışabilir.

2.1.1. Açık ve Kapalı Döngü Sistemleri

Kontrol sistemleri denetim etkisi açısından iki ana sınıfa ayrılır. Bunlar, açık döngü

kontrol sistemleri ve kapalı döngü kontrol sistemleridir.

Açık döngü kontrol sistemlerinde çıkışın ölçülmesi ve geribesleme yapılması söz

konusu değildir. Uygulamada giriş çıkış bağlantıları önceden belli olan, iç ve dış bozucu

etkilere maruz kalmayan sistemlerde kullanılır. Çıkış ve girişin bir karşılaştırması

yapılmadığından sistemin çalışma doğruluğu, imalat değerlerine ve kurulum sırasındaki

ayarlama değerlerine bağlıdır. Örneğin otomatik çamaşır makinelerinde olduğu gibi, sistem

girişi bir program şeklinde verilir. Makine bu program sırasını izler. Yine trafik ışıklarının

belirli bir sırada zamana bağımlı olarak yanıp sönmesi açık kontrol sistemine farklı bir

örnektir.

Kapalı döngü kontrol sisteminde çıkış sürekli ölçülür ve geribesleme yapılarak arzu

edilen giriş değeri ile karşılaştırılır. Sistem çıkışı geri beslenerek girişe uygulandığından bu

tür sistemlere geribeslemeli sistemlerde denilir. Açık döngü ve kapalı döngü sistemler

arasındaki en önemli fark geribesleme etkisidir. Kapalı döngü sistemde geribeslemenin etkisi

pozitif yönde veya negatif yönde olabilir.

Elektrikli bir ısıtıcı ile bir odayı ısıttığımızı düşünelim. Burada elektrikli ısıtıcı ve

odanın ısısı kontrol edilen sistemdir. Odanın sıcaklık değerini kontrol değişkeni olarak

alabiliriz. Kullandığımız elektrikli ısıtıcıyı çalıştıran anahtar ise kontrol elemanıdır.

Anahtarın kapatılması ve ısıtıcının anahtar açılıncaya kadar çalışması açık döngü bir

sistemdir. Çünkü kontrol değişkeni (odanın sıcaklığı) ölçülmüyor ve bir geribesleme

yapılarak sistemin girişi (anahtarın açılıp kapatılması) değiştirilmiyor.

Page 68: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

62

Yukarıdaki elektrikli ısıtıcı örneğimizde kontrol elemanını (ısıtıcıyı çalıştıran anahtarı)

daha geliştirilmiş bir kontrol elemanı (termostat) ile değiştirerek basit bir kapalı devre sistem

kurmuş oluruz.

Şekil 11’ de kapalı döngü bir sistemde bulunan elemanlar ve blok şema için

sembolleri gösterilmiştir.

Denetim

elemanı.

Sürücü

eleman

Denetlenen

sistem

Geribeslemeelemanı.

(algılayıcı)

+_

Giriş

(istenilen

ayar değeri)

Karşılaştırıcı.

Geribesleme denetleyicisi

Çıkış

(istenilenfiziksel sonuç)

Şekil 1.1: Kapalı döngü bir kontrol sistemi

Pozitif geribeslemede, çıkıştan alınan örnek sinyaldeki değişimler girişin etkisini

artıracak yöndedir. Buna göre çıkışta herhangi bir artış meydana gelecek olursa bu giriş ile

toplanarak çıkışın daha da artmasına neden olur. Bu etki zincirleme devam ederek çıkıştaki

artış sistemin fiziksel sınırlarına kadar devam eder ve sistem denetlenebilir olma özelliğini

kaybeder. Doğru akım şönt motorunda uyartım sargısının kopması sonucu motorun devir

sayısının giderek yükselmesini pozitif geribeslemeye bir örnek olarak verebiliriz. Pozitif

geribesleme iç döngüler hariç bir kapalı döngü sisteminde kullanılmaz.

Negatif geribeslemede, çıkıştan alınan örnek sinyaldeki değişimler girişin etkisini

azaltacak yöndedir. Böyle bir sistemde, çıkışta artış yönünde bir değişme olursa, girişin

etkisini azaltarak çıkışın tekrar istenilen değere düşmesini sağlar. Eğer çıkışta azalma

yönünde bir değişme olmuşsa, girişin etkisi artacağından çıkışta artar ve istenilen değere

dönülmüş olur. Negatif geri beslemeli sistemlerde daima istenen değer (referans) ile çıkışın

farkı alınır. Bu fark negatif veya pozitif işaretli olabilir. Denetim organına hata sinyali olarak

iletilen bu değere göre çıkış yeniden düzenlenir. Negatif geribesleme endüstriyel kontrol

sistemlerinin en önemli özelliğidir ve daima hatayı en küçük değerde tutmaya veya

sıfırlamaya çalışır.

2.2. Dijital ve Analog Sistemler

Bir endüstriyel kontrol sisteminde değişken fiziksel değerleri ya bir pnömatik basınç,

ya da elektriksel olarak gerilim veya akım temsil eder. Örneğin sıcaklık fiziksel bir

büyüklüktür ve geniş sınırlar içinde değişik değerler alabilir. Sıcaklığın ölçüldüğü; bir

pnömatik sistemde basınç değeri, bir hidrolik sistemde sıvı akış debisi, bir elektronik

sistemde gerilim veya akım değeri sıcaklık değerlerine karşılık olacak şekilde alt ve üst

sınırlar arasında değişir.

Page 69: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

63

Fiziksel bir değerin benzeri olarak elektriksel ya da pnömatik sinyal sistemin

hassasiyet sınırları arasında fiziksel değeri izler. Bu tür bir kontrol sistemine ANALOG

SİSTEM denilir.

Endüstriyel sistemlerde birçok elemanın çalışması yalnızca iki değer ile gösterilebilir.

Işığın yanması ve sönmesi, bir motorun çalışması ve durması, bir valfin açılması ve

kapanması gibi iki durumlu değerler, yine iki durumlu sinyaller ile gösterilebilir. Bu

sinyaller elektriksel sistemlerde gerilimin olması (5 Volt; lojik “1” durumu) ve gerilimin

olmaması (0 Volt; lojik “0” durumu) şeklindedir.

Fiziksel bir büyüklüğün elektrisel veya pnömatik sinyalin ikili durumu şeklinde

gösterildiği kontrol sistemlerine DİJİTAL SİSTEM denir. Sıvı seviye ölçümünün, şekil

21(a)da analog sistemde ve şekil 21(b)de dijital sistemde nasıl yapıldığına örnek

verilmiştir.

sıvı.

Şamandıra

ağırlık

+10 Volt

gösterge

0-10 v seviye sinyali

Potansiyometre

(a)

sıvı.

(b)

Lojik

Devrecde

ab

01m2m3m4m

Şekil 2.1: Sıvı seviyesi ölçen sistemlerin karşılaştırılması (a) Anolog sistemde (b) Dijital sistemde

Sayısal sistemler giriş ve çıkış sinyalleri arasındaki işlem bağıntısına göre iki farklı

gurupta sınıflandırılabilir. Bu guruplar kombinasyonel (bilişimsel) dijital sistemler ve ardışıl

dijital sistemlerdir.

Kombinasyonel dijital sistemler, birkaç sayısal girişe ve birkaç sayısal çıkışa sahiptir.

Girişlerin her farklı olasılığına karşılık bir tek biçimde tanımlanabilen çıkış durumları

mevcut olup aynı giriş kombinasyonu daima aynı çıkış durumunu verir. Kombinasyonel

dijital sistem şekil 22(a)’da görülmektedir.

Bir ardışıl dijital sistemin çıkış durumunu, kombinasyonel dijital sistemden farklı

olarak daha önceki çıkış durumu ve girişlerin durumu belirler. Bu nedenle aynı giriş

kombinasyonu daima aynı çıkış durumunu vermez. Ardışıl dijital sistem şekil 22(b)’de

gösterilmiştir. Şekildeki sistemde start girişine lojik “1” uygulandığında motor çalışır. Aynı

girişe tekrar lojik “1” uygulandığında çıkışta bir değişme olmaz ve motor çalışmaya devam

eder.

Page 70: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

64

MStart

Stop

Dijital

SistemGiriş

ler

Çık

ışla

rDijital

Sistem

(a) (b)

Şekil 2.2: (a) Kombinasyonel dijital sistem (b) Ardışıl dijital sistem

2.3. Yazılım ve Programlama

Bir bilgisayar sistemi yazılım ve donanım olmak üzere iki kısımdan oluşur.

Bilgisayarın elektronik devreleri ve dışarıdan bağlanan çevresel araçlarına donanım denilir.

Donanım devreleri kendi başlarına beklenen çalışmayı yazılımlar olmadan gerçekleştiremez.

Çünkü bilgisayar sistemleri mikroişlemci veya mikrokontrolör temelli elektronik devrelerdir.

Bir mikroişlemci düzenli olarak yazılmış komutları tanır ve bu komutlara uygun işlemleri

yapabilir. Yazılım bilgisayar sisteminin çalışmasını sağlayan komutlar zinciridir.

İşletim sistemleri, bilgisayarın çalışmasını ve işleyişini düzenler. Örneğin,

bilgisayarda giriş birimi olarak kullanılan klavyede bastığımız her tuşun kodunu hafızanın

ilgili yerlerine yazar. Klavyede bir tuşa basıldığında tuşa ait kodu bularak görüntüleme

biriminde görülmesini işletim sistemi sağlar. Bir dosya kopyalama için gerekli komut

verildiğinde yapılacak işlemleri işletim sistemi belirler. PC’lerde ve büyük bilgisayar

sistemlerinde işletim sistemi bulunmak zorundadır. Fakat daha küçük yapıdaki

mikrobilgisayar ve özel bilgisayar sistemlerinde işletim sistemi kullanılmayabilir.

Bilgisayar uygulama programları; çizim, doküman hazırlama, görsel ve işitsel

uygulamalar, bilimsel ve endüstriyel çözümler için kullanılır. Örneğin aynı bilgisayar

sistemini farklı meslek gurupları kullanır ve mesleklerine uygun uygulama programları ile

farklı işlemleri yapabilirler. Bir fotoğrafçı için resim işleme programı, bir muhasebeci için

muhasebe hesaplama programı, bir okulda okul programı daha kullanışlı olabilir.

Bilgisayar programcıları; herhangi bir program hazırlarken yüksek seviyeli

programlama dillerinden faydalanırlar. Mikroişlemciler normalde yalnızca makine kodlarını

tanırlar. Fakat makine kodları ile geniş kapsamlı programları yazmak zor ve yorucu bir iştir.

Yüksek seviyeli dillerde ise programcının işlerini kolaylaştıran özel rutinler, sayısal komutlar

yerine anlaşılabilir kısaltmalar bulunur. Her yüksek seviyeli programlama dilinde program

komutlarının yazıldığı bir editör ve yazılan program kaynak metinlerini makine diline

çeviren derleyiciler bulunur. BASIC, QBASIC, GWBASIC, VISUAL BASIC, PASCAL,

FORTRAN, C, C++, VISUAL C, JAVA ve ASSEMBLY kullanılan üst seviye programlama

dilleridir. Her programlama dilinin üstün ve zayıf yönleri vardır. Yapılacak programın

özelliklerine göre programlama dillerinden birisi kullanılır.

Endüstriyel bilgisayar sistemlerinde programlar derleyici ve yorumlayıcı olarak iki

şekilde kullanılır.

Page 71: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

65

Derleyici sistemde, gerekli bilgisayar programı üst seviyeli bir dilde yazılır, derlenir

daha sonra makine kodlarına çevrilmiş şekli bilgisayara yüklenerek çalıştırılır.

Yorumlayıcı sistemde, program yüksek seviyeli dilde yazıldıktan sonra kaynak kodları

derlenmez. Bilgisayar sistemine kaynak kodları yüklenir. Sistemin çalışması sırasında,

bilgisayar kaynak kodlarını sıra ile alır, makine kodu karşılığına çevirir daha sonra komutun

işlevini yerine getirir.

Her iki yaklaşımında üstün ve zayıf yanları vardır. Derleyici sistemde program

hafızada daha az yer tutar ve daha hızlı çalışır. Fakat program üzerinde değişiklik yapmak

yorucu ve zaman alıcıdır. Programın endüstriyel sistem üzerinde çevrim içi gözetimini

oluşturmak zordur. Yorumlayıcı sistemde ise program hafızada çok fazla yer tutar ve çok

yavaş çalışır. Bununla birlikte yorumlayıcı sistemi kullanmak çok daha basittir. Program

üzerinde değişiklik yapmak çok kolaydır. Merdiven diyagramı diller tesisin çalışması

sırasında programın gözetilmesi için geniş olanaklar sağlar.

Basıc, fortran, pascal vb. geleneksel yüksek seviyeli diller kontrol uygulamalarından

ziyade, genel olarak hesaplama ve kullanıcı arayüz programlarının yazılması için

tasarlanmıştır. Bu nedenle endüstriyel sistemlerin ihtiyaç duyduğu giriş/çıkış kontrollerinde

daha zayıf özellikleri vardır. Endüstriyel uygulamalar için geleneksel programlama dillerinin

değişik sürümleri veya yeni programlama dilleri ortaya çıkarılmıştır.

“MACBASIC” programlama dili, Basıc program ailesinin endüstriyel uygulamalar

için geliştirilmiş farklı bir sürümüdür.

Bazı özel ihtisas alanlarına uygun programlama dileri de geliştirilmiştir. Kimya

sanayine uygun bir programlama dili olması amacıyla ortaya çıkan, daha sonraları

geliştirilerek genel kullanılan RTL/2 (gerçek zamanlı dil), böyle bir ihtisas dilidir.

“FORTH”, ABD’de Kitts Peak’daki bir astronomi teleskopunun kontrolünü sağlayan

bir dil olarak ortaya çıktığı için alanında eşsizdir. Forth, endüstriyel kullanım içinde çok

uygundur.

Yine bazı ihtisas alanları için geliştirilmiş blok yapıda programlama yapma imkânı

tanıyan dillerde mevcuttur. Bu dillerde ihtisas alanı için geliştirilmiş özel tanımlı görsel

bloklar bulunmaktadır. Bu blokların giriş ve çıkışları sistemi oluşturacak şekilde bağlanır.

Derleme aşamasında programlama dili makine kodları için gerekli bütün dönüşümü yapar.

Merdiven diyagramları, elektrik röle bağlantı şemalarına benzerliği, öğrenilmesinin

kolaylığı açısından özellikle programlanabilir mantık denetleyicilerinde (PLC’lerde)

kullanılan programlama dilidir.

Page 72: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

66

Şekil 2.3: Merdiven diyagramı programlama

Sayısal devrelerin mantık kapıları ve bellekler kullanılarak tasarımı ile endüstriyel

kontrol sistemleri için bilgisayar programı yazılması arasında büyük benzerlik vardır. Bu

yüzden mantıksal ve işlevsel elemanların birleştirilmesine dayanan dillerde gelişmiştir.

Endüstriyel sistemler için yazılan programlarda hız ve gerekli bellek daima sınırlayıcı

olur. Ve tabiî ki böyle önemli iki zorlukla karşılaşınca en başa yani “ASSEMBLY” diline

geri dönmekten başka çözüm kalmaz. Çünkü assembly dili direkt makine kodlarına karşılık

gelen anlamlı kısaltmalardan başka bir şey değildir. Her makine kodunun bir assembly

karşılığı vardır.

2.4. Bilgisayar Destekli Kontrol Sistemleri

Tüm bilgisayarlar, programlanabilir kontrolörler ve mikroişlemciler konusundaki şekil

81’de görülen blok diyagram esasına dayanır. Fakat değişik uygulamalar, birbirinden çok

farklı kapasite, giriş/çıkış ve diğer donanım özellikleri gerektirirler.

Resmi kurum ve kuruluşlar, bankalar, sigorta şirketleri vb. ulusal düzeyde bilgisayar

ağına sahip ve büyük miktarlardaki verileri işlemek zorunda kalan yerlerde, büyük merkezi

bilgisayarlar kullanılır. Bu bilgisayarlarda işlem hızını artırmak için birden fazla

mikroişlemci paralel çalıştırılır. Büyük yedek bilgi depolama sistemleri kullanılır.

Endüstriyel kontrol sistemlerinde bu tip bilgisayarlara ender olarak rastlanır. En yaygın

biçimde kullanılan kontrol amaçlı bilgisayarlar mikrobilgisayarlardır. Birçok uygulamada

ekrana bile ihtiyaç duyulmaz. Geniş bir endüstriyel sistemde bir büyük bilgisayar ile bütün

sistemin kontrolünü yapmak pek tercih edilmeyen ve giderek vazgeçilen bir yöntemdir.

Bunun yerine dağılmış kontrol sistemleri kullanılır.

Bir tesisin tamamlanması tasarım, yapım, tesisat, işletmeye alma ve bakım

aşamalarından oluşur. Bilgisayar destekli kontrol sistemleri tesisle ilgili her aşamada

avantajlar sağlar. Bilgisayar destekli kontrol sisteminin tasarım aşamasında en önemli kısmı

programın yazılmasıdır. Donanımın tasarımı ile programın yazımı aynı paralelde devam

edebilir. Böylece toplam proje süresi kısalır. Belli bir amaca göre yapılmış ışıklı panolar

Page 73: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

67

yerine görüntü birimlerinin kullanılması, röle ve kumanda elemanları yerine programların

kullanılması ciddi oranda maliyet tasarrufu sağlar. Kumanda kontrol sisteminde veri ve

denetim sinyali transferi için seri bağlantı kablolarının kullanılması tesisatın kurulum

süresini ve maliyetini düşürür. Sistemin işletmeye alınması sırasında ortaya çıkabilecek

sorunların çözümü daha basittir. Bilgisayarlı kontrol sistemlerinde bakım onarım aşamasında

arıza bulunması daha kolaydır. Otomatik arıza teşhis sistemi ilave edilebilir. Bu sistem

sayesinde düzenli aralıklarla bilgisayar giriş/çıkış ve bellek birimleri test edilir.

Bilgisayarın endüstriyel amaçlı uygulamaları ile ilgili olarak beş ayrı gurup tanımı

yapmak mümkündür. Bu guruplar şu şekildedir:

Kayıt sistemi

Denetleyici sistemler

Birim kontrol sistemleri

Direkt sayısal kontrol

Özel amaçlı bilgisayarlar

2.4.1. Kayıt Sistemi

En basit bilgisayar sistemleri veri kaydetme amacıyla kullanılır. Bu sistemde

bilgisayar tesis üzerinde hiçbir kontrol işlevine sahip değildir. Yalnızca tesisten verileri

toplar, operatörün izleyebileceği bir ekranda gösterir ve gerekli olanlarını kaydeder. Kayıt

sistemine ait blok bir şema şekil 3-1’de görülmektedir.

Tesis

Sensörler

Analog

Dijital

Dönüştürücü

Analog sinyalBilgisayar

AlarmSistemi

Ekran

Kayıt

Şekil 3.1: Bilgisayar kayıt sistemi

Bazı sistemlerde toplanan veriler için önceden sınır değerler tanımlanır. Tesisten gelen

veriler incelenerek bu sınırlar dışına çıktığında alarm veren ilave tesisat vardır.

2.4.2 Denetleyici Sistemler

Denetleyici sistemler, bilgisayarın kayıtla birlikte denetleme elemanı olarak

kullanıldığı sistemlerdir. Bir tesis içinde çok sayıda kontrol birimi bulunabilir. Üstelik bu

kontrol birimlerinin bir çoğu karşılıklı etkileşim içinde olur ve tesiste meydana gelen basit

bir değişim, birçok kontrol noktasının ayarının değişmesine neden olabilir. Bir operatörün

bütün kontrol birimlerini aynı anda takip etmesi ve gerekli ayarları yapması sıkıcı ve yorucu

bir iştir. Denetleyici bilgisayar sistemi şekil 3-2’de blok şemada olduğu gibi kurularak

Page 74: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

68

kontrol birimleri, bilgisayar ile denetlenmekte ve gerekli ayar noktası değişiklikleri

yapılmaktadır. Bu sistem operatöre merkezi kontrol ve tesis şartlarında oluşan değişimleri

ekrandan izleyebilme imkânı sağlamaktadır. Kayıt sistemlerinde olduğu gibi gerekli veriler

kayıt edilir ve sınır değerler için alarm sistemi kullanılabilir.

Tesis

Sensörler

Analog

Dijital

Dönüştürücü

Analog sinyalBilgisayar

AlarmSistemi

Ekran

Kayıt

Kontrol

Birimi

Sürücüler

Ayarlar

Operatör

Komutlar

Şekil 3.2: Denetleyici bilgisayar sistemi blok şeması

Bir denetleme sisteminin üç farklı kontrol modu vardır. Bunlar, tam otomatik

bilgisayarlı kontrol, yarı otomatik kontrol ve tam manuel (elle) kontrol modlarıdır. Tam

otomatik kontrol modunda kontrol birimleri için gerekli ayarları, önceden yapılan çalışma

lagoritmalarına bağlı olarak bilgisayar yapmaktadır. Yarı otomatik kontrol modunda ise

operatör tesisi bilgisayar aracılığı ile takip eder ve gerekli kontrol noktası ayarlarını yapar.

Manuel kontrol modunda bilgisayar tamamen devre dışıdır.

2.4.3 Birim Kontrol Sistemleri

Bir makine, bir modül veya birimin kontrolünde kullanılan bilgisayar sistemidir.

Klasik sistemde kontaktör, röle ve şalterler ile yada TTL-CMOS lojik sistemleri ile yapılan

kontrolün yerine mikrobilgisayar sistemleri kullanılır. Bilgisayar alanında ortaya çıkan

gelişmeler ve bilgisayar sistemlerinin ucuzlaması ile 68 adet rölenin maliyetine denk

mikrobilgisayar sistemleri kurulabilmektedir. Gerekli durumlarda birim kontrolü için

kullanılan mikrobilgisayarlar birbirleriyle veya merkezi bir bilgisayar ile haberleşebilir. Son

yıllarda ise mikrobilgisayarın yerine mikrokontrolör kullanılan sistemler geçmektedir.

Bir tesiste birim kontrol sistemi, denetleyici sistem ile birlikte kullanılabilir. Birim

kontrol bilgisayarları merkezi denetleyici bilgisayar ile haberleşmektedir.

Page 75: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

69

2.4.4. Direkt Sayısal Kontrol

Direkt sayısal kontrol sisteminde, bütün sensör ve transdüserlerden gelen veriler

analog-dijital dönüştürücüler ile sayısal bilgiye çevrilir. Bilgisayar programı önceden

hazırlanan algoritmalara uygun olarak verileri değerlendirir, gerekli kayıtları tutar, ekran

çıktılarını oluşturur ve birim sürücü devreleri için gerekli çıkışları sağlar. Birim sürücü

devreleri için oluşturulan çıkışlar dijital-analog dönüştürücüler ile analog gerilim veya akım

değerine çevrilir. Direkt sayısal kontrol sistemine ait blok şema şekil 3-3’de görülmektedir.

Direkt sayısal kontrol sisteminde birim kontrolleri yoktur. Bilgisayar sistemin ana parçasıdır.

Bilgisayar olmaksızın tesis çalışmaz. Bir bilgisayar arızası durumuna karşı önlem olarak

sisteme emniyetli çalışma özelliği eklenmiştir. Direkt sayısal kontrol sisteminin, denetleyici

sistemden temel farkları bunlardır.

Tesis

Sensörler

Bilgisayar

AlarmSistemi

Ekran Kayıt

Sürücüler

Operatör

Komutları.

ADC DAC

Şekil 3.3: Direkt sayısal kontrol sistemi

2.4.5. Özel Amaçlı Bilgisayarlar

Özel bir amaca yönelik olarak, genellikle tek bir entegre devre şeklinde imal edilen

sistemlerdir. Gömülü sistemlerde denilmektedir. Tesis edildikten sonra yeniden düzenleme

imkanı pek fazla yoktur. Son yıllarda mikrokontrolör tabanlı özel sistemler geliştirilmiştir.

Özel amaçlı bilgisayar sistemlerinin kullanıldığı yerlere aşağıdaki örnekleri

sıralayabiliriz:

Atm cihazları (automatic teller machines)

Cep telefonları

Network ekipmanları (router, firewall vs.)

Bilgisayar yazıcıları

Disk sürücüleri

Motor denetleyicileri ve abs sistemleri

Ev otomasyonu ürünleri (termostat, klima, güvenlik sistemleri)

Page 76: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

70

Elektronik ev eşyaları (mikrodalga fırın, çamaşır makinesi, TV, DVD player)

Savunma sistemleri, uçaklardaki ve füzelerdeki uçuş kontrol sistemleri

Medikal ekipmanlar

Ölçüm sistemleri (osilaskop, spektrum analizörü, enerji analizörü)

Kişisel sayısal asistanlar (pda)

Endüstriyel otomasyon ve izleme sistemlerindeki PLC’ler

Playstation tarzı oyun konsolları

Özel amaçlı bilgisayar sistemlerinin en önemli özellikleri düşük güç tüketimi ve düşük

maliyetleridir. Çünkü pek çok özel amaçlı sistem 10 bin ya da 1milyon adetlerde üretilir.

Özel amaçlı sistemlerde maliyetleri düşürmek için genelde yavaş bir işlemci ve küçük hafıza

boyutları kullanılır. Yavaşlık sadece işlemci saat hızının düşmesi anlamında

algılanmamalıdır. Bilgisayar sisteminin tüm mimarisi sadeleştirilerek ve basitleştirilerek

maliyetleri düşürmek için gömülü sistemlerde kullanılır.

Özel amaçlı sistemlerdeki yazılımlar, donanım kısıtlarına rağmen çoğunlukla gerçek-

zamanlı (real-time) çalışırlar. Genelde işletim sistemi, disk sürücüsü, klavye ya da ekranları

olmaz. Bir flash sürücü mekaniksel olarak dönen bir disk sürücüsünün yerini, basit bir tuş

takımı klavyenin yerini, küçük bir LCD’de PC’deki ekranın yerini alabilir.

Özel amaçlı donanımlarda çalışan yazılıma “Firmware” denir ve eprom, flash hafıza

yada IC (tümleşik devre) yongası içinde bulunabilir.

Özel amaçlı sistemler, yüzde yüz güvenilir, hata yapmayan, yıllarla ölçülebilen uzun

zaman dilimlerinde çalışabilecek şekilde tasarlanır. Burada yazılımın önemi çok büyüktür.

Donanımdaki hatalar kolaylıkla tespit edilirken, yazılım hataları daha zor ayıklanabilir.

Ayrıca yazılımın donanımı tekrar başlatma (reset) özelliği mutlaka bulunmalıdır. Çünkü özel

amaçlı sistemler insanların ulaşamayacağı yerlerde çalışmak zorunda olabilir (petrol kuyusu

içindeki bir sistem ya da bir uzay aracındaki veya uydudaki bir sistem gibi). Bir veri

bozulması durumunda yazılım kırılacak ve sistem duracaktır. Bu gibi durumlarda genelde

yazılımdaki önlemlerin yanı sıra yazılımı destekleyen donanımsal bazı restart sistemleri

geliştirilmiştir. Bekçi köpeği zamanlayıcısı (watchdog timer) yazılımda meydana gelen bir

hata durumunda sistemi yeniden başlatarak sistemin aksamasını önlemektedir.

2.4.6. Dağılmış Sistemler

Bir tesisin tamamının denetim ve kontrolünün tek bir ana merkezden yapılması zor ve

arıza durumunda işletme verimliliğini düşüren bir unsurdur. Tek bir ana merkez yerine,

değişik düzeylerde bilgisayar birimleri kurularak bu birimler arasında sürekli bir iletişimin

sağlanması tercih edilir.

Page 77: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

71

Üstdüzeykontrol

Merkezi

birimi

kontrol

Uzak

birimi

kontrol

birimi

kontrol

birimi

kontrol

Yerel tesis

Yere

l tesis

Yere

l tesis

Seribağlantı.

hattı.

3.Düzey kontroller

2.Düzey kontrol

1.Düzey kontrol

Uzak

Uzak

Şekil 3.4: Dağılmış bilgisayar sistemleri

Şekil 3-4’de üç düzeyli dağılmış bir sistem görülmektedir. En düşük düzey (3. düzey)

tesise direkt bağlı özel amaçlı devrelerden (örneğin akıllı aletler, tek döngülü kontrol

birimleri vb elemanlardan) oluşur. Bir sonraki düzey (2.düzey), kontrol işlem sıralamasının

denetimi ve çok döngülü sayısal kontrol elemanlarından oluşur. Operatör arabirimleri,

görüntüleme ve zamana göre kayıt tutma birimleri bu düzeyde bulunur. En üst düzeyde (1.

düzey) üretim planlama ve kontrol üniteleri ile işyerindeki bir anabilgisayar bulunur. Diğer

çalışma yerlerine bağlanabilen daha yüksek düzeyler de mümkündür.

2.5. Arabirim Prensipleri

Konuşmak ve dinlemek bizim en büyük ihtiyaçlarımızdan birisidir. Bu sayede yeni

şeyler öğrenir, bilgilerimizi diğer insanlarla paylaşırız. Bunu direk konuşarak yaptığımız gibi

işaret dili, mimikler ve yazı ile de yapabiliriz. Görüldüğü gibi haberleşmek ve bilgilerimizi

paylaşmak için birden fazla yöntemi hemen tesbit etmiş olduk. Birbirmizi daha iyi anlamak,

için bu yöntemlere belirli kurallar koymalı ve bu kurallara karşılıklı uymalıyız. Örneğin bir

kişi konuşurken diğerleri dinlemelidir. Bir endüstriyel sistem içindeki cihazlarda veri ve

kontrol sinyallerini karşılıklı olarak iletirler. Başlangıçta her üretici firma bu veri aktarımı

sorununa değişik çözümler bulmuşlardır. Daha sonraki yıllarda cihaz teknolojisinin

gelişmesi, bilgisayarların endüstride kullanıma başlaması ile karşılıklı haberleşme ihtiyacı

artarak devam etmiştir. Her üreticinin değişik çözümler ve standartlar ortaya koyması,

haberleşme sorununa farklı bir boyut kazandırmış, haberleşme özelliği olan ama birbirine

veri aktaramayan cihazlar ortaya çıkmıştır. Bu sorun IEC (Uluslararası Elektrik Komisyonu)

tarafından veri aktarımı ile ilgili tavsiye ve standartların ortaya konulması ile çözülmüştür.

Çeşitli niteliklerdeki cihazların karşılıklı veri aktarımı için gerekli donanım ve

standartların tamamına arabirim denilir. IEC arabirim sistemi büyük cihaz üreticileri

tarafından evrensel olarak kabul edilmiştir. Farklı üreticiler kendi arabirimlerine farklı

Page 78: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

72

isimler (HPIB, GPIB, IEC625, IEC Bus, IEEE488, ASCII Bus vb.) verseler bile temelde

IEC’nin tavsiye ve standartlarına uyarlar. IEC’nin ortaya koymuş olduğu tavsiyeler,

programlanabilen cihazlar için standart ara bağlantı sağlar.

IEC arabirim sistemi; veri iletim hatları (8 sinyal hattı), kontrol yolları (3 sinyal hattı)

ve arabirim idare yolu (5 sinyal hattı) olmak üzere 16 sinyal hattından oluşmaktadır. Bağlantı

için 25 uçlu bir fiş ve uçları tanımlanmıştır. Temel işlevi birden fazla sayıda (15’e kadar)

programlanabilen cihazın birbiri ile bağlantısını ve haberleşmesini sağlamaktır. Veriyolu

üzerine sayısal voltmetreler, sinyal üreticiler, frekans ölçerler, enerji analizörleri vb. Cihazlar

bağlanır. Bu cihazlar sadece verici, sadece alıcı veya her ikisinide yapabilen cihazlar olabilir.

Ama mutlaka sistemde kontrol işlemini yapan bir mikroişlemci veya mikrokontrolör

bulunmalıdır. IEC arabirim sisteminde her bir aleti birleştiren kablonun toplam uzunluğu 20

metreyi geçmemelidir.

Sayısal veriler seri veya parallel iletimi kullanmak suretiyle iletim hatları üzerinden

aktarılır. Parallel iletim yönteminde 8, 16 veya 32 bitlik veri yolları kullanılarak veri aktarımı

yapılır. Veri yolu genişliğinden anlaşılacağı gibi sayısal veriler, bayt, word veya iki wordlük

uzunlukta aktarım yapılmaktadır. Verinin her biti için bir iletken kullanılmakta bu nedenle de

hızlı veri akışı sağlanabilmektedir. Parallel veri aktarımının en zayıf yanı uzun mesafelerde

kullanılamamasıdır. Ayrıca fazla sayıda kablo kullanılması diğer bir zayıf yönüdür. Bu

nedenlerle kısa mesafelerde çok hızlı veri aktarımı gerekli durumlarda paralel veri iletim

yöntemi kullanılır. Örneğin yazıcı ve ekran (monitor) parallel veri iletimini kullanan

araçlardır.

Uzun mesafeli veri aktarımı için seri iletişim uygundur. Seri iletişim eşzamanlı

(senkron) veya eşzamansız (asenkron) olabilir. Eşzamanlı iletişimde, veriler başlama ve

durdurma bilgisi olmaksızın sürekli bir akış ile iletilir. Verici ve alıcı kaynaklar arasında

eşzamanlılığı sağlamak için saat darbeleri kullanılır. Bu sayede verici ve alıcı arasındaki

haberleşmede sorun yaşanmaz. Eşzamansız iletişim de veriler başlama ve durdurma bitleri

arasında öbekler halinde gönderilir. Oluşabilecek hataları önlemek için bu veri öbeklerine

hata saptama kodları (parite bitleri) ilave edilir.

Evrensel eşzamansız alıcı-vericiler (UARTS) olarak bilinen entegre devreler; parallel

verileri ikili bükülmüş hatlar veya koaksiyel kaplolar üzerinden iletim için uygun olan seri

biçime çevirmektedir. Aynı şekilde gelen seri verileri alarak hata kontrolü yapmakta ve

parallel formata çevirmektedir.

Donanım ara bağlantılarının yaratmış olduğu problemleri azaltmak amacıyla seri ve

parallel veri aktarımı için çeşitli standartlar ortaya konulmuştur. Bu standartlar bağlantı

terminallerini ve aktarılacak veri formatının elektriksel değerlerini belirlemektedir.

Seri haberleşmede kullanılan en eski standart, ABD’de Elektronik Endüstrileri

Kurumu (EIA)’ nın 1969 yılında çıkarmış olduğu RS-232C standartıdır. RS-232C standardı

bir donanımın iki parçası arasında elektriksel topraklama, veri değişimi, kontrol ve saat veya

zamanlama sinyallarini tanımlar. Bu amaç için 25 uçlu bir fiş ve soket uçları isimlendirilmiş

olup IEC standartları ilede uygundur. Lojik “1” durumu için -5 volt ile -15 volt arasında,

Page 79: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

73

lojik “0” durumu için +5 volt ile +15 volt arasında bir çıkış voltajı tanımlanmıştır. Bu

standart 9 uçlu bağlantı için de tanımlanmıştır ve bilgisayarlarda bu standarta uygun seri port

(COM port) çıkışı bulunmaktadır. Gerekli durumlarda sadece toprak, gönderme ve alma

(GND, TX, RX) uçları kullanılarak üç hatlı ya da tek yönlü iletişim için iki hatlı iletişime

olanak sağlamaktadır. RS232C bilgisayar ile sadece bir cihaz arasındaki arabağlantıyı

tanımlamaktadır. Her bir cihaz RS232C üzerinden bilgisayara ayrı ayrı bağlanmak

zorundadır. Bu sorunun çözümü için RS485 arabirim prensibi geliştirilmiştir. Böylece iki

telli hat üzerinden çok sayıda cihazın birbiri ile bağlantısı yapılabilir. Seri arabirim

prensiplerinin tek zayıf yönü veri iletişim hızının zayıf olmasıdır.

Evrensel seri yolu (Universal Serial Bus; USB) bilgisayar ve telekominikasyon

endüstrisinde geliştirilmiş, iletişim standartlarında yeni bir bağlantı şeklidir. Amacı,

geleneksel seri ve paralel portların yerini almak ve işi evrenselleştirmektir. Birçok PC ve

Mac bilgisayarlar artık USB' siz üretilmemektedir. Çevre birimleri de aynı şekilde USB

destekli üretilmektedir. USB, bağlandığı alete enerji verir. Dört uçlu bir bağlantı

tanımlanmış, bunlardan ikisi enerji ikiside veri aktarımı için kullanılmaktadır. Şimdiye kadar

seri yöntemi kullanan arabirim prensiplerine göre çok daha hızlı veri aktarımı yapmaktadır.

Bu nedenle gelişmesi ve yaygınlaşması da çok hızlı oldu. Bilgisayar çevre birimi olarak

kullanılan cihazların tamamı (yazıcı, ekran, mause, kılavye, vb.) USB üzerinden

bağlanabilmektedir. Yine USB’nin yaygınlaşması ile flash bellekler, harici harddiskler,

CDROM’lar, disket sürücüler gelişti. USB üzerinden bağlanan cihazların sayısının artması

ile USB hubları üretildi ve çok sayıda cihazın bağlantısı sağlanır duruma geldi. Fakat

endüstriyel alanda henüz yaygınlaşmadı. Eğer USB kullanıldığı mesafenin kısa olması

sorunu çözülürse endüstriyel cihazların haberleşmesi içinde iyi bir alternatif olacaktır.

Page 80: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

74

UYGULAMA FAALİYETİ

İşlem Basamakları Öneriler Endüstriyel sistemleri tanıyınız.

Endüstriyel sistem hatalarını düzeltiniz.

Atölye ve laboratuar ortamında

inceleyebileceğiniz bir endüstriyel

sistemi örnek olarak alınız. Sistemde

nasıl bir geribesleme yapıldığını tesbit

ediniz. Sistemin kontrol elemanını ve

denetlenen sistemin özelliklerini tesbit

ediniz. Sisteminizin analog veya dijital

sinyallarle çalışan kısımlarını görünüz.

Sistemde oluşabilecek hataları tartışınız.

Örnek endüstriyel sisteminizde tesbit

ettiğiniz olası hataların nasıl

düzeltileceğini tartışınız. Dijital ve

analog avometreleri kullanarak sistem

üzerinde ölçümler yapınız.

UYGULAMA FAALİYETİ

Page 81: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

75

ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME

A- OBJEKTİF TESTLER (ÖLÇME SORULARI)

Aşağıdaki soruların cevaplarını doğru ve yanlış olarak değerlendiriniz.

1. Oda sıcaklığının sabit tutulması düzenleyici kontrol sistemlerine bir örnektir.

2. Açık döngü bir sistemde motor çalışmaz.

3. Negatif geribeslemeli sistemler, negatif gerilim kullanılarak yapılır.

4. Analog sistemlerde ölçülen değerler sayı ile gösterilmez.

5. Analog bir sistemde veri sinyali belirli sınırlar arasında her değeri alabilir.

6. Mikroişlemciler yalnızca makine kodlarını tanır.

7. Programlar yapılacak işlemlerin düzenli bir şekilde yazıldığı komut listeleridir.

8. Merdiven diyagramları ile sadece oyun programları yazılabilir.

9. Assembly dili mikroişlemcilerin tanıdığı makine kodlarına karşılık gelen

kısaltmalardan oluşan bir dildir.

10. Dağılmış bilgisayar sistemlerinde bilgisayar sadece verileri kayıt etmek için

kullanılır.

DEĞERLENDİRME

Cevaplarınızı cevap anahtarı ile karşılaştırınız. Doğru cevap sayınızı belirleyerek

kendinizi değerlendiriniz. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap verirken tereddüt yaşadığınız

sorularla ilgili konuları faaliyete geri dönerek tekrar inceleyiniz.

ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME

Page 82: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

76

MODÜL DEĞERLENDİRME

OBJEKTİF TESTLER (ÖLÇME SORULARI)

Aşağıdaki soruları cevaplayarak faaliyette kazandığınız bilgi ve becerileri ölçünüz.

1. Sürekli titreşime maruz kalacak elektronik eleman gurupları kapsüllenir.

2. İşlemsel yükselteçler elektronik cihazlarda sinyal zayıflatmak için kullanılır.

3. Örnekle-tut yükselteçleri girişlerine uygulanan sinyalden örnek alarak çevrim

süresince sabit tutar.

4. Ortak emiterli yükselteçler birbirine köprü diyotlar ile bağlanır.

5. TV anten kaplosu olarak koaksiyel kaplolar kullanılır.

6. RF sinyalleri ile veri iletimi kablo bağlantısının mümkün olmadığı yerlerde

kullanılır.

7. Osilatörler kararsız çalışan yükselteç ve frekans seçici kısımlardan oluşur.

8. Köprü diyotlar filitre devrelerinde kullanılır.

9. Büyük akım çekilen güç kaynaklarında kondansatörlü filitre devresi kullanılır.

10. Anahtarlamalı güç kaynaklarının çıkış gerilimi daha doğrusal, gerilim

regülasyonu daha iyi ve verimliliği daha yüksektir.

11. Oda sıcaklığının sabit tutulması düzenleyici kontrol sistemlerine bir örnektir.

12. Açık döngü bir sistemde motor çalışmaz.

13. Negatif geribeslemeli sistemler, negatif gerilim kullanılarak yapılır.

14. Analog sistemlerde ölçülen değerler sayı ile gösterilmez.

15. Analog bir sistemde veri sinyali belirli sınırlar arasında her değeri alabilir.

16. Mikroişlemciler yalnızca makine kodlarını tanır.

17. Programlar yapılacak işlemlerin düzenli bir şekilde yazıldığı komut listeleridir.

18. Merdiven diyagramları ile sadece oyun programları yazılabilir.

19. Assembly dili mikroişlemcilerin tanıdığı makine kodlarına karşılık gelen

kısaltmalardan oluşan bir dildir.

20. Dağılmış bilgisayar sistemlerinde bilgisayar sadece verileri kayıt etmek için

kullanılır.

MODÜL DEĞERLENDİRME

Page 83: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

77

PERFORMANS TESTİ (YETERLİK ÖLÇME)

Modül ile kazandığınız yeterliği aşağıdaki ölçütlere göre değerlendiriniz.

DEĞERLENDİRME ÖLÇÜTLERİ Evet Hayır

Elektronik sistemleri kullanmak ve arızalarını gidermek.

1. Kullanım yerlerine göre elektronik cihaz türlerini

öğrendiniz mi?

2. İşlemsel yükselteç temel devrelerini öğrendiniz mi?

3. Örnekletut yükselteçlerinin nerelerde kullanıldığını biliyor

musunuz?

4. Amplifikatör kuplaj yöntemlerini öğrendiniz mi?

5. Ses seviyesi ölçümünü öğrendiniz mi?

6. Osilatörün temel çalışma prensibini öğrendiniz mi?

7. Güç kaynaklarının yapısını öğrendiniz mi?

8. Sanayi tipi güç kaynaklarını tanıdınız mı?

9. Transformatörsüz güç kaynağı yapılabileceğini öğrendiniz

mi?

10. Bir endüstriyel yükselticinin en önemli özelliğinin ortak

işaretleri bastırması olduğunu biliyor musunuz?

11. TTL ve CMOS entegreleri arasındaki farkları

biliyormusunuz?

12. Bir mikroişlemci ile mikrokontrolör arasındaki farkları

biliyor musunuz?

13. Fiber optiklerde veri iletiminin nasıl olduğunu öğrendiniz

mi?

Endüstriyel sistemleri kullanmak ve arızalarını gidermek

1. Kapalı döngü sistemleri öğrendiniz mi?

2. Negatif geribeslemeyi öğrendiniz mi?

3. Analog ve dijital sistemler arasındaki farkları biliyor

musunuz?

4. Bilgisayar programının ne işe yaradığını öğrendiniz mi?

5. Assembly programlama dilinin üstünlüklerini biliyor

musunuz?

6. Denetleyici bilgisayar sisteminin özelliklerini öğrendiniz

mi?

7. Özel amaçlı bilgisayarların nerelerde kullanıldığını biliyor

musunuz?

8. Arabirim prensiplerini öğrendiniz mi?

PERFORMANS DEĞERLENDİRME

Page 84: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

78

DEĞERLENDİRME

Yaptığınız değerlendirme sonucunda eksikleriniz varsa öğrenme faaliyetlerini

tekrarlayınız.

CEVAP ANAHTARLARI

ÖĞRENME FAALİYETİ-1 CEVAP ANAHTARI

1 D

2 Y

3 D

4 Y

5 D

6 D

7 D

8 Y

9 Y

10 D

11 Y

12 D

13 Y

14 D

15 Y

ÖĞRENME FAALİYETİ-2 CEVAP ANAHTARI

1 D

2 Y

3 Y

4 Y

5 D

6 D

7 D

8 Y

9 D

10 Y

CEVAP ANAHTARLARI

Page 85: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

79

MODÜL DEĞERLENDİRME CEVAP ANAHTARI

1 D

2 Y

3 D

4 Y

5 D

6 D

7 D

8 Y

9 Y

10 D

11 D

12 Y

13 Y

14 Y

15 D

16 D

17 D

18 Y

19 D

20 Y

Page 86: RAYLI SİSTEMLER TEKNOLOJİSİ · Raf Üzerinde Montajlı Cihazlar: Büyük elektronik ölçme ve kontrol sistemleri değişen yüksekliklerde 19 inç genişliğinde metal kabinler

80

KAYNAKLAR

Noltingk, B.E, Enstrümantasyon Sistemleri, ESKİŞEHİR, 1994.

KILLEN, Harold B, Modern Elektronik İletişim Teknikleri,

ANKARA, 1994.

SMALE, P.H, Haberleşme Sistemlerine Giriş, ESKİŞEHİR, 1994.

PARR, E.A, Endüstriyel Kontrol El Kitabı, ANKARA, 1994.

YÜKSEL, İbrahim, Otomatik Kontrol, BURSA, 2001.

TAMER, Hüseyin, Yılmaz SAVAŞ, Zeki ERGELEN, Elektronik1,

ANKARA, 1991.

TAMER, Hüseyin, Yılmaz SAVAŞ, Zeki ERGELEN, Elektronik2,

ANKARA, 1991.

AYDINYÜZ, Mehmet Emin, Salih Zeki TAŞÇI, Endüstriyel Kontrol,

İSTANBUL, 1993.

KAYNAKLAR