KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ GÜÇ ELEKTRONİĞİ ÖZEL UYGULAMALARI 080206100 – Burak KÖY KOCAELİ – 2012 Burak KÖY (080206100) Devrede Kullanılan Elemanlar: IRF 540 MOSFET TL494 PWM CİP IR2101 SÜRÜCÜ 1N5822 SCHOTTKY DİYOT 1N4148 DİYOT 10K Ω ve 50K Ω POTANSİYOMETRE 100Ω ve 2 ADET 1K Ω DİRENÇ 47 Ω TAŞ DİRENÇ 0,01uF ; 0,22uF ; 10uF KAPASİTE 10mH BOBİN Devremin yapılış amacı ; 12V DC beslemeden pwm kontrolü yaparak, Mosfetimize verdiğimiz komutlar doğrultusunda çıkışımızdaki gerilimi kontrol altında tutmamızı sağlamaktadır. Devre sonunda ki kondansatörün ne kadar dolması gerektiğini belirler ve istenilen çıkış gerilimi elde edilir. Devrede Kullanılan Elemanların Açıklaması: 1. Direnç: Elektrik akımına karşı zorluk gösterilmesi elektriksel direnç olarak adlandırılır. Bu zorluğu belli bir elektriksel büyüklükte gösteren özel üretilmiş devre elemanlarına da direnç (resistor) denir. Elektronik devrelerde en sık kullanılan devre elemanıdır ve 'R' harfiyle gösterilir. 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 gerilimin elde edilmesi için kullanılırlar. 2. Potansiyometre: Potansiyometreler (Pot olarak da adlandırılırlar), yaygın olarak belli bir noktadaki elektrik seviyesini ayarlamak amacıyla kullanılır. Ayarlama işlemi pot üzerindeki ayar kolu (şaft) aracılığıyla yapılır. Böylece elektronik cihazlarda elektrik seviyesinin kullanıcı aracılığıyla ayarlanması istenen her durumda potansiyometreler kullanılabilir. Potansiyometrenin bağlanma yöntemleri Potansiyometreler kullanım amacına göre iki farklı yöntemle bağlanırlar: Yöntem 1-) Orta ayak kontrol edilecek noktaya ve yan ayaklar iki ayrı noktaya bağlanır. Böylece iki ayrı noktanın elektrik seviyesi kontrol edilebilir. Şekil (a)’da kullanım örneği gösterilmiştir. Yöntem 2-) Yan ayaklardan biriyle orta ayak birleştirilir. Böylece iki ayaklı ayarlanabilir bir direnç elde edilmiş olur. Bu durumda pota seri bağlı sabit değerli bir direnç kullanılmalıdır. Aksi durumda potun direnci 0 ohm’a çekildiğinde bağlı olduğu noktadan çok yüksek akım geçebilir. Şekil (b)'de kullanım örneği gösterilmiştir. Şekil (a) İki ayrı noktanın gerilim seviyesini değiştirmeyi sağlayan bağlantı yöntemi, Şekil (b) İki yan ayağı arası ayarlanabilir direnç 3.Diyot: P ve N tipi iki yarı iletkenin birleştirilmesinden oluşan maddeye diyot denir. Diyotlardaki kılıf maddesi cam, plastik ya da metal olabilir. Diyotun gövdesindeki gri çizgi şeklinde bant, nokta şeklindeki çıkıntı ve metal gövdeli diyotlarda metal kılıfın bağlı olduğu kısım diyotun katot kısmını belirtir. Diyotlar kullanılacakları devrede üzerlerinden geçecek akım ve voltaj değerlerine göre seçilir. Schottky Diyot: Normal diyotlar çok yüksek frekanslarda üzerine uygulanan gerilimin yön değiştirmesine karşılık veremez. Yani iletken durumdan yalıtkan duruma veya yalıtkan durumdan iletken duruma geçemez. Bu hızlı değişimlere cevap verebilmesi için schottky diyotlar imal edilmiştir. Schottky diyotlar normal diyotun n ve p maddelerinin birleşim yüzeyinin platinle kaplanmasından meydana gelmiştir. Birleşim kaplanarak ortadaki nötr bölge akımın nötr bölgeyi aşması kolaylaştırılmıştır. 4.Mosfet: Mosfet (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistör - Metal oksit yarı iletken alan etkili transistör) analog ve digital devrelerde sık kullanılan bir alan etkili transistördür. Mosfetler üç bacaklıdır. Bu bacaklar ; G (gate, normal transistörün base bacağı), S (source, kaynak) ve D (drain, normal transistörün kollektörü) bacaklarıdır. D ucu ile S ucunun çıkarıldığı bögeye kanal denir. Mosfetlerde gate bacağı ile kanal bölgesi arasında silisyum nitrat ve silisyum oksit ile yalıtım yapılmıştır. Bu metal oksit tabaka çok ince olduğundan statik elektriğe karşı oldukça hassastır. Mosfetlerin giriş empedansı yüksek, elektrodları arasında iç kapasitansları ise çok düşüktür. Mosfet transistörler, JFET transistörlerden ve normal transistörlerden daha yüksek frenkanslarda çalışabilirler. Mosfet transistörlerin güç harcamaları düşüktür ve mekanik dayanımları fazladır. Mosfet kanal bölgelerinde kullanılan maddelere göre N tipi mosfet ve P tipi mosfet olmak üzere iki çeşittir. Çalışma şekline göre ise mosfetler; enhancement (çoğaltan arttıran kanallı) mosfetler ve depletion (deplasyon - azaltan kanallı) mosfetler olarak iki çeşittir. Mosfet Çeşitleri Deplation (Deplasyon, Azaltan Kanallı) Mosfetler Deplasyon mosfetler normalde ''ON'' tipi mosfetlerdir, yani gate ucuna uygulanan gerilimin değeri 0 V iken S ve D uçları arasında bir miktar akım geçişi olur. Bu akım miktarı mosfetin gate bacağından uygulanan gerilim pozitif yönde arttıkça yükselir. Mosfetin gate bacağına uygulanan gerilim negatif yönde arttıkça ise S ve D uçları arasından geçen akım miktarı azalır. Aşağıda N kanallı ve P kanallı deplasyon mosfetlerin sembolleri gösterilmektedir. N kanallı deplasyon mosfetlerde akım mosfetin D ucundan S ucuna doğru N tipi maddenin içinden geçer. P kanallı deplasyon mosfetlerde ise akım tam tersine mosfetin S ucundan D ucuna doğru P tipi maddenin içinden geçer. Enhancement (Çoğaltan Kanallı) Mosfetler Enhancement mosfetler azaltan kanallı mosfetlerin aksine normalde ''OFF'' durumunda olan mosfetlerdir. Enhancement mosfetlerin G ucuna gerilim uygulanmadığı sürece D ve S uçları arasından akım geçmez. Enhancement mosfetlerin sembolleri aşağıda gösterilmiştir. Deplasyon tipi mosfetler ile enhancement tipi mosfetlerin sembolleri arasındaki tek fark D ve S uçları arasında kanalı temsil eden çizginin enhancement tipi mosfetlerin sembollerinde kesik çizgiler ile belirtilmiş olmasıdır. Bu sembolleştirmenin sebebi enhancement tipi mosfetlerin yapısından kaynaklanmaktadır. Enhancement tipi mosfetlerde, mosfetin D ve S uçları arasında fiziksel bir kanal yoktur. Bu nedenle enhancement mosfetlerin G uçlarına 0 V gerilim uygulandığında S ve D uçları arasında akım geçişi olmaz, yani mosfet iletime geçmez. N kanallı enhancement mosfetlerin gate ucuna +1 V gerilim uygulandığında, N tipi maddenin birleşim yüzeyine yakın olan kısmında (-) yüklü elektronlar toplanır. Bu elektronlar akım geçişi için kanal oluşturur ve böyle mosfetin D ve S uçları arasında akım geçişi başlar. Çoğaltan kanallı mosfetin gate ucuna uygulanan gerilim pozitif yönde arttırıldığında akım geçişinin olduğu kanal da genişler ve D ve S uçları arasındaki akım miktarı artar. P kanallı enhancement mosfetlerde ise durum terstir. Bu tip çoğaltan kanallı mosfetlerde gate ucuna uygulanan gerilim -1 V iken P tipi maddenin birleşim yüzeyine yakın olan kısmında (+) yükler toplanarak akım geçişi için kanal oluşturur, böylece mosfetin D ve S uçları arasında akım geçişi olur. P kanallı enhancement mosfetlerin gate ucuna uygulanan gerilim negatif yönde arttırıldığında akım geçişinin sağlandığı kanal genişler ve D ve S uçları arasından geçen akım artar. 5.Kapasitör: Kondansatör(diğer adıyla kapasitör),elektronların kutuplanarak elektriksel yükü elektrik alanın içerisinde depolayabilme özelliklerinden faydalanılarak,bir yalıtkan malzemenin iki metal tabaka arasına yerleştirilmesiyle oluşturulan temel elektronik elemandır.Yani kısaca iki iletken maddenin arasına bir yalıtkan maddenin konulması ile oluşur.Elektrik enerjisi depolamada, Doğrultma işlemlerinde, Filtre ve Kompanzasyon da kullanılırlar. 6.Bobin: Bobinler iletken tellerin yan yana veya üst üste sarılmasıyla elde edilen devre elemanlarıdır. Bobinlerin elektrik akımının değişimine karşı gösterdikleri tepkiye endüktans denir. Endüktans, L harfi ile sembolize edilir ve birimi Henry (H) dir. RV2: 2,7kΩ, RV1: 11,5kΩ, 50µs, 5V/div, RV2: 2,7kΩ, RV1: 15kΩ, 50µs, 5V/div, f=7692Hz, 18V Max. çıkış gerilimi f=9090Hz, 18V Max. çıkış gerilimi RV2: 2,7kΩ, RV1: 18,3kΩ, 50µs, 5V/div, RV2: 2,7kΩ, RV1: 21,5kΩ, 50µs, 5V/div, f=6250Hz, 18V Max. çıkış gerilimi f=5263Hz, 18V Max. çıkış gerilimi RV2: 3,1kΩ, RV1: 21,5kΩ, 50µs, 5V/div, RV2: 2,7kΩ, RV1: 18,3kΩ, 50µs, 5V/div, f=5263Hz, 17V Max. çıkış gerilimi f=5263Hz, 15V Max. çıkış gerilimi Mosfet tetiklenmesi Mosfet tetiklenmesi Devrenin ISIS Programında Simülasyonu RV2: 2kΩ, RV1: 5kΩ, Ch A: 2V/div, RV2: 2kΩ, RV1: 10kΩ, Ch A: 2V/div, Ch B:10V/div, 20µs/div Ch B:10V/div, 20µs/div (En temiz çıkış gerilimi) RV2: 2kΩ, RV1: 40kΩ, Ch A: 2V/div, RV2: 5kΩ, RV1: 40kΩ, Ch A: 2V/div, Ch Ch B: 5V/div, 20µs/div B: 5V/div, 20µs/div RV2: 2kΩ, RV1: 50kΩ, Ch A: 2V/div, Ch B:10V/div, 20µs/div Simülasyonda ChanelA’ dan Mosfet tetiklemesini (Sarı renk) , ChanelB’ den çıkış gerilimi (Mavi renk) izlenmiştir. Sonuç; Simülasyonda ve pratik devrede aldığımız sonuçlar doğrultusunda, frekansın artması ile görüldüğü üzere çıkış gerilimi daha düzgün ve temiz alınmıştır. Frekansın optimum değere (en iyi koşula) geldiğinde çıkış gerilimi en temiz şekilde alınmaktadır. Fakat bu en yüksek frekans değerlerinde en az dalgalanmalı , temiz bir çıkış alacağız demek değildir ! Belli bir frekans değerinden sonra yine bozulmalar başlayacaktır. KAYNAKLAR : Megeb ‘Bilişim teknolojileri Yarı iletken elemanlar’ Ankara 2007 http://www.robotiksistem.com http://www.datasheetcatalog.com