Transcript Analog sinyal

TEMEL ELEKTRONİK
1.Giriş
a. Analog ve Sayısal (Dijital) Sinyal
1. Analog Devre Elemenları
a. Direnç
b. Kondansatör (Kapasitör, ing: capacitor)
c. Bobin (Endüktör, ing: coil/inductor)
d. Diyot
e. Transistor
2. Pulse Width Modulation (PWM)
a. PWM ile motor sürme
ANALOG VE SAYISAL (DIJITAL) SINYAL
Sinyal denildiğinde zamana göre değişen bir nicelikten bahsederiz.
Bu zamana bağlı nicelik elektronik mühendisliğinde voltaj’ dır.
Bu sinyaller cihazlar arasında aktarılması yani verilerin iletilmesidir, örneğin
ses, görüntünün televizyon, radyo ile iletilmesi veya işlenmiş verilerin
bilgisayarla aktarılmasıdır.
Genellikle sinyaller kablo ile veya radyo frekansı (RF) ile iletilmektedir.
Analog ve diital sinyal arasındaki en büyük fark, analog sinyal yumuşak
geçişli ve devamlı iken; dijital sinyal basamaklı, kare ve ayrıktır.
ANALOG SINYAL
Sinyaller zamanla değiştiği için x ekseni zaman y ekseni voltaj olmak üzere
bir grafik üzerinde ifade etmek anlamamızı kolaylaştırabilir.
Analog sinyal, maksimum ve minimum büyüklük arasında sınırlandırılmış
olsa bile iki zaman aralığında sonsuz tane voltaj değeri vardır.
Örneğin müzik çalarınızın sesini maksimum ve minimum arasında sonsuz
tane değerde ayarlayabilirsiniz.
Potansiyometre
SAYISAL (DIJITAL) SINYAL
Diital sinyaller ise belli bir zaman aralığındaki sonlu sayıdaki bir takım
değerlerdir.
En çok kullanılan iki değerden oluşan dijjital sinyal 0V ya da 5V’dur. Bu
sinyal zaman grafiğinde kare dalgaya benzer.
Ya da dijital bir sinyal analog bir dalga formunun ayrık zamanda ifade
biçimi olabilir. Uzaktan bakıldığında bu dalga formu analog sinyale
benzeyebilir ancak yakından bakıldığında ayrık zaman adımlarını
görebilmekteyiz.
ANALOG DEVRE ELEMANLARI
Çokça bilinen analog devre elemanları – direnç, kapasitör, bobin (endüktör),
diyot, tristör, transistör ve yöneylem yükselticisi (operational amplifierOPAMP) dır. Bu elemanların kombinasyonlarından oluşan devreler analog
devrelerdir.
Analog devreler çok mükemmel tasarımlara sahip olabildiği gibi iki tane
dirençten oluşan voltaj bölücü (ing: voltage divider) gibi basit bir devre
olabilmektedir. Bir işi yapabilmek için gerekli bir analog devreyi oluşturmak
aynı işi yapmaya yarayan dijital bir devreden daha zordur.
Analog devreler gürültülere karşı hassastır. Analog sinyaldeki küçük bir
voltaj değişimi, işleme sırasında önemli bir hata oluşturabilir.
Analog devre elemanlarından oluşturulmuş analog ses yükselticisi
ANALOG DEVRE ELEMANLARI
PASİF DEVRE ELEMANLARI
Direnç: Enerjiyi harcayan devre elemanıdır.
Kapasitör: Enerjiyi elektrostatik alan içerisinde depolayan devre
elemanıdır.
Endüktör: Enerjiyi elektromanyetik alan içinde depolayan devre
elemanıdır.
Anahtar: Eneriyi ne depolayan ne de harcayan devre elemanıdır. Enerjinin
akışını kontrol eder. İdeal olarak kayıp sıfırdır.
YARI İLETKENLER
Diyot: Elektriğin bir yönde akmasını sağlayan devre elemanıdır.
Tristör: Giriş terminali tetiklenerek çalışan bir çeşit anahtara benzer. Çok
hızlı anahtarlama yapma özelliğine sahiptir. Her yönlü akım geçirir.
Transistör: Girişine uygulanan sinyali yükselterek gerilim ve akım kazancı
sağlayan, gerektiğinde anahtarlama elemanı olarak kullanılan elektronik
devre elemanıdır.
DIRENÇ
Elektrik akımına karşı zorluk gösterilmesi elektriksel direnç olarak
adlandırılır.
Bu zorluğu belli bir elektriksel büyüklükte gösteren özel üretilmiş
devre elemanlarına da direnç (ing: resistor) denir.
Elektronik devrelerde en sık kullanılan devre elemanıdır ve 'R'
harfiyle gösterilir. Dirençler sahip oldukları elektriksel büyüklüklerle
anılırlar.
Direncin elektriksel büyüklüğü 'ohm‘dır ve 'Ω' (omega) harfiyle gösterilir.
Temel olarak iki yaygın kullanım amacı vardır:
• Devrenin herhangi bir noktasından arzu edilen akımın geçmesini
sağlamak
• Devrenin herhangi bir noktasında arzu edilen
edilmesi için kullanılırlar. (Gerilim bölücü gibi)
gerilimin
elde
Yanda gösterildiği gibi sembolize edilir ve
bir devre çiziminde yalnızca iki gösterimden
biri tercih edilmelidir.
Multimetreyi devreye paralel
gösterildiği gibi değeri ölçülebilir.
bağlayarak
(Seri bağlantı)
(Paralel bağlantı)
şekilde
LDR (ing: Light Dependent Resistor)
Foto dirençler ışığın şiddetine bağlı
olarak direnci değişen bir çeşit dirençtir.
Sembolü
POTANSİYOMETRE
Ayarlı direnç de denir.
Sembolü
Direnç Kullanımına Örnek:
Gerilim Bölücü Devresi:
Gerilim bölücü istenilen voltajı elde etmek için direnç ile oluşturulan basit bir
devredir.
Potansiyometre de
gerilimi bölerek
istenilen voltajı elde
etmek için kullanılır.
KONDANSATÖR (/KAPASITÖR)
Elektrik enerisini elektrostatik alan içerisinde depolayan devre elemanına
kondansatör (kapasitör/sığaç, ing: capacitor/condenser) denir. C harfi ile
gösterilir ve birimi Farad(F)’dır.
Mercimek (kutupsuz) kondansatör: Genellikle yüksek frekanslı
devrelerde kullanılır ve küçük kapasiteli olarak imal edilirler.
Elektrolitik (kutuplu) kondansatör: Bu tip kondansatörler
büyük kapasiteli olup en sık kullanılanlardandır. Genellikle
filtre, gerilim çoklayıcılar, kuplaj-dekuplaj ve zamanlama
devrelerinde kullanılırlar. Yüksek frekans karakteristikleri kötü
olduğundan yüksek frekanslı devrelerde tercih edilmez
Kondansatör kullanımına örnek:
Kondansatörler fırçalı DC motorlarda, fırçaların
sürtünmeleri esnasında meydana gelen arkların
oluşturduğu
gürültüyü
sönümlemek
için
kullanılabilmektedir. Genellikle RC arabalardaki
güçlü ve hızlı dönen motorlarda görülmektedir.
PWM
ile
motor
sürüldüğünde
ortaya
çıkmaktadır.
Görev
döngüsünün/çevriminin (duty cycle) başında, H köprüsünden ani akım
(ing:current spike) geçmektedir. Bu ani akımlar güç kaynağında belirgin
voltaj dalgalanmalarına (ing:voltage ripple) sebep olur. Bu da hassas
analog sensörlere gürültü (ing: noise) eklemektedir.
Bu ani akım girişlerini engellemek için H köprüsüne bir çift bobin
(ing:inductor) ve kondansatör eklenebilir. Bu da akımı kararlı tutar. DC
motorun kendisi içinde bobin bulunmaktadır ancak motorun kendi
endüklemesi çok küçük olduğu için fazladan bobin eklenerek endükleme
miktarı artırılır ve akım dalgalanmaları yumuşatılır.
Kondansatörün durma torku (stall torque) üzerinde bir etkisi yoktur.
Durma torkunda, akım yükselir ve motorda aşırı ısınmaya yol açar.
BOBIN(/ENDÜKTÖR)
Elektrik enerisini elektromanyetik alan içerisinde depolayan devre
elemanına bobin(/endüktör) (ing: coil(/inductor)) denir.L harfi ile gösterilir
ve birimi Henry(H)’dir.
Bobinler elektrik akımına direnç gösterirler. Üzerlerinden geçen akım
nedeniyle elektromanyetik bir alan ve akım ile gerilim arasında az farkı
oluşturular. Bu özelliklerinden dolayı bobinler kullanıldıkları devrelerde
elektromanyetik etki ve faz farkı meydana getirirler.
DC gerilim ile çalışmada bobin üzerinde sabit bir manyetik alan meydana
gelir. Bu durumda bobin direnç gibi davranır ve bu direnç sarımda
kullanılan telin direnci kadardır.
Bobine AC akım uygulandığında ise üzerinden geçen akım değişimine
bağlı olarak değişken bir manyetik alan oluşur. Bobinin alternatif akım
değişimlerine karşı gösterdiği zorluğa «endüktans» ve alternatif akımda
gösterdiği dirence ise «endüktif reaktans» denir.
Bobin kullanımına örnek:
DC motor modeli:
Selonoid Valf ve Selonoid Eyleyici/Kilit
DIYOT
Elektrik akımını tek yönde geçiren yarı iletken elektronik malzemelere
diyot denir.
Normal PN Diyot.
LED(Light Emitting Diode): Doğru polarlamada ışık yayar.
Foto Diyot: Ters polarlama altında üzerinde düşen ışık şiddetine
bağlı olarak iletime geçer. TV ve müzik setleri gibi cihazlarda
uzaktan alıcı olarak kullanılırlar.
Zener Diyot: Ters polarlama amacıyla kullanılırlar.Ters gerilim
kalkınca normal haline döner. Devreye ters bağlanırlar.
Normal
PN Diyot
LED
Foto
Diyot
Zener
Diyot
Diyotların kullanım amaçları:
PN diyotlar genellikle güç kaynaklarında doğrultmaç elemanı olarak
kullanılırlar. Kullanıldıkları devrelere mutlaka seri bir direnç ile
bağlanırlar. Ters polarlama gerilimi zorlandığında bozulur.
Zener diyodun en sık görülen kullanımı ön gerilimleme ve karşılaştırmaya
yönelik sabit bir referans gerilim sağlamaktır. Örneğin; Gerilim sabitleme,
sinyal kırpma, elektronik eleman koruma vb. gibi. Piyasada değişik gerilim
değerlerine sahip zener diyotlar bulunmaktadır. Zener diyodu yüksek akıma
karşı korumak için direnç ile seri bağlamak gerekir.
TRANSISTÖR
Girişine uygulanan sinyali yükselterek gerilim ve akım kazancı sağlayan
gerektiğinde anahtarlama elemanı olarak kullanılan elektronik devre
elamanıdır.
Transistörlerin yapısında N ve P tipi yarı iletkenleri oluşturan germanyum
veya silisyum maddeleri bulunur. N veya P tipi yarı iletkenlerin özel
yöntemlerle birleştirilmesi suretiyle transistörler elde edilir.
Transistörün Anahtarlama Elemanı olarak kullanılması:
Transistörlerin en temel kullanım alanlarından biri devredeki güç akışını bir
anahtar gibi kontrol etmektir. Transistör tipine göre yükün devreki
bağlandığı yer de değişir. NPN tip transistörün base’ine uygulanan sinyal 1
(HIGH) iken transistör iletime geçerken, PNP tip transistörde base’e
uygulanan voltaj 0 (LOW) iken transistör iletime geçer. PNP tipi
transistörlerde yük tarafındaki voltajın base voltajından büyük olması, base
koluna bağlı mikrodenetleyicinin zarar görmesine neden olacağı için dikkat
edilmesi gerekir. PNP de yük tarafındaki voltajın base voltajından büyük
olması gereken durumda özel bir devre kullanılarak bu durumun üstesinden
gelinebilir.
H - KÖPRÜSÜ
H Köprüsü voltajın her iki yönde de uygulanabilmesine yarayan elektronik
bir devredir. Genellikle DC motorların yönünü değiştirmek için
kullanılmaktadır.
SÜRÜCÜ ENTEGRELER
L298
L293
SÜRÜCÜ
DEVRELER
PULSE WIDTH MODULATION (PWM)
• PWM gücü, yüke kısmi olarak aktarmaya yarayan diital bir tekniktir.
• Gücü kısmi olarak dağıtan analog elemanlar potansiyometre ve
reostalardır. Ancak potansiyometre ve reostalarda gücün bir kısmı
harcanır ve ısıya dönüşür.
• PWM tekniğinde hızlı anahtarlama yapılarak güç kısmi olarak ayarlanır.
Böylece ideal olarak güç yok kayıpsız bir şekilde aktarılır. Anahtarlama
yapılan elamanla (transistör) alakalı düşük kayıplar olmaktadır.
Kısmi
Güç
• PWM tekniği kare dalgaların açık olma uzunluğuna dayanır.
• Kare dalganın açık-kapalı olma durumu ortalama voltajı değiştirir.
• Sinyalin kapalı-açık olma durumu
anahtarlamadan etkilenmeyecektir.
yükten
hızlıysa,
yük
bu
GÖREV DÖNGÜSÜ (ING: DUTY CYCLE)
Görev döngüsü (sinyalin genişliği) sinyalin ne kadar açık kalacağının
yüzdesidir. Görev döngüsü değiştirilerek volta değiştirilir. Sinyalin
frekansında bir değişiklik yapılmaz.
On
Off
VH
VL
Duty
Cycle (D)
On Time
Duty Cycle 
 100 %
Period
Period (T)
ORTALAMA VOLTAJ GÖSTERİLDİĞİ GİBİ HESAPLANIR:
Vavg  D VH  1  DVL
 Not: Yükün başlangıç gerilimi basitleştirmek için genellikle 0 alınır.
DC MOTOR SÜRÜCÜ DEVRESİ
Snubber Capacitor
Bu kapasitör
anahtarlamada oluşan
voltaj dalgalanmalarını
sönümlemek için
kullanılır.
Flyback diode
Bu diyot anahtarlamada
bobin üzerinde oluşan
negatif voltaj yükselişlerini
devrede geri döndürmek
için kullanılır.
ARDUINO İLE PWM TEKNİĞİ KULLANARAK DC MOTOR SÜRMEK
MALZEMELER
•
•
•
•
•
1 adet BC337 (NPN) transistör
1 adet 1N4001 diyot
1 adet 1µF kondansatör (motora paralel bağlanacaktır.)
1 adet 1kΩ direnç
1 adet potansiyometre
ARDUINO KODU
void setup() {
pinMode(3, OUTPUT); // 3. bacak çıkış olarak ayarlanır.
}
void loop() {
int pot = analogRead(A0); // int tipindeki pot değişkenine analog değer yazılır.
int duty = sensorValue * (255 / 1023); // 10 bitlik analog değer 8 bite dönüştürülür.
analogWrite(3,duty); // 3. bacağa pwm değeri gönderilir.
delay(2); // analog okumaların sağlıklı yapılması için bekleme süresi eklendi
}