DENEY 3: EŞDEĞER DİRENÇ, VOLTAJ VE AKIM ÖLÇÜMÜ A. DENEYĠN AMACI : Direnç devrelerinde eşdeğer direnç ölçümü yapmak. Multimetre ile voltaj ve akım ölçümü yapmak. Ohm kanununu basit ve pratik devrelerde anlamaya çalışmak. B. KULLANILACAK ARAÇ VE MALZEMELER : 1. DC güç kaynağı, 2. Multimetre, 3. Protoboard, 4. Değişik değerlerde dirençler C. DENEY ĠLE ĠLGĠLĠ ÖN BĠLGĠ: ― EġDEĞER DĠRENÇ HESABI: Bir devre analiz edilirken, işimizi kolaylaştırmak için genellikle birbirine çeşitli şekillerde bağlanmış dirençleri tek bir eşdeğer dirence indirgemeye çalışırız. Dirençleri eşdeğerine indirgerken yapacağımız işlem, dirençlerin paralel veya seri olarak bağlanmasına göre farklılık gösterir: 1. Seri bağlı dirençler için eĢdeğer direnç hesabı: Şekil 1’de görüldüğü gibi, dirençlerin birbiri ardı sıra bağlanmasına “seri bağlantı” denir. R1 R2 R3 Rn ≡ Reş Şekil 1. Seri bağlantı. Dört tane seri bağlı direncin protoboarda nasıl bağlanacağına ait bir örnek Şekil 2’de verilmiştir. Şekil 2. Protoboard üzerinde örnek bir seri bağlantı şekli. 1 İn. Ü., Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü DENEY 3: EŞDEĞER DİRENÇ, VOLTAJ VE AKIM ÖLÇÜMÜ n Böyle bir durumda eşdeğer direnç Reş R1 R2 ...... Rn Ri şeklinde hesaplanır. i 1 2. Paralel bağlı dirençler için eĢdeğer direnç hesabı: Şekil 3’te görüldüğü gibi, dirençlerin uçlarının karşılıklı olarak birbirine bağlanmasına “paralel bağlantı” denir. Şekil 3. Paralel bağlantı. Dört tane paralel bağlı direncin protoboarda nasıl bağlanacağına ait iki örnek Şekil 4’te verilmiştir. Şekil 4. Protoboard üzerinde örnek paralel bağlantı şekilleri. Paralel durumda eşdeğer direnç Reş 1 1 R1 1 R2 ...... 1 Rn 1 n 1 Ri ile hesaplanır. i 1 2 İn. Ü., Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü DENEY 3: EŞDEĞER DİRENÇ, VOLTAJ VE AKIM ÖLÇÜMÜ 3. Yıldız-Üçgen dönüĢümü: a a Ra b Rac Rab Rc Rb b c c Rbc R ab R a .Rb Rb .Rc R a .Rc Rc R ac R a .Rb Rb .Rc R a .Rc Rb Rbc R a .Rb Rb .Rc R a .Rc Ra 4. Üçgen-Yıldız dönüĢümü: a a Ra Rac Rab b Rb c Rbc Ra R ab .R ac R ab Rbc R ac Rb R ab .Rbc R ab Rbc R ac Rc Rbc .R ac R ab Rbc R ac b Rc c Not: Seri-paralel karışık direnç devrelerde, -derste öğrenildiği gibi- genellikle devrenin başlangıç noktalarına göre en uzak kısmından başlanarak eş değer direnç hesabı yapılır. 3 İn. Ü., Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü DENEY 3: EŞDEĞER DİRENÇ, VOLTAJ VE AKIM ÖLÇÜMÜ ― MULTĠMETRE ĠLE VOLTAJ ÖLÇÜMÜ: Multimetrenin birinci föyde anlatılan genel kullanım özelliklerini hatırlayarak, bir direncin üzerindeki voltajı nasıl ölçeceğimize bakalım: Bunun için önce multimetreyi voltmetre olarak ayarlamamız lazımdır. Buna göre, önce multimetrenin ortasında bulunan kademe tuşunu dc “V” kademesine ayarlarız (bu durumda ekranın kenarında dc olarak V işareti görülmelidir), daha sonra elimizdeki iki probdan siyah olanını COM çıkışına, kırmızı olanı ise “V Ω” çıkışına bağlarız. Son olarak “üçlü kontrol kuralı”nı unutmamalıyız. Artık multimetre, dc voltaj ölçümü için hazır hale gelmiştir. Şimdi Şekil 5’te verilen devreyi göz önüne alalım. Devrede bulunan R1 direncinin üzerindeki voltajı ölçeceğiz. Şekil 6’da devrenin protoboard kurulumu ve voltmetre ile voltajın nasıl ölçüleceği görülmektedir. Şekil 5. Multimetre ile voltaj ölçümü için örnek bir devre. Şekil 6. R1 direnci üzerindeki voltajın multimetre ile ölçümü. 4 İn. Ü., Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü DENEY 3: EŞDEĞER DİRENÇ, VOLTAJ VE AKIM ÖLÇÜMÜ Şekil 6’dan voltmetrenin direnç üzerine paralel bir şekilde bağlandığı görülmektedir. Voltaj ölçümünde önemli bir husus, voltmetrenin doğru polarite ile dirence bağlanmasıdır. Bunun için multimetreye ait kırmızı probun ucu, direncin kaynağın “+” ucuna yakın bacağına, siyah probun ucu ise direncin kaynağın “-“ ucuna yakın diğer bacağına bağlanmalıdır. Eğer tersi yapılırsa sonuç ekranda negatif olarak görülecektir. Ekranda okunulan değer, voltajın Volt cinsinden değeridir. Bazen voltaj değeri çok küçük olabilir. Bu durumda mV kademesinde ölçme yapmak gerekir. ― MULTĠMETRE ĠLE AKIM ÖLÇÜMÜ: Bir direncin üzerindeki akımı multimetre ile ölçmek için önce multimetreyi ampermetre olarak ayarlamamız lazımdır. Devrelerdeki akım değeri voltaja göre daha küçük olduğundan genellikle miliamper kademesi kullanılır. Buna göre, önce multimetrenin ortasında bulunan kademe tuşunu dc “mA” kademesine ayarlarız (bu durumda ekranın kenarında dc olarak mA işareti görülmelidir), daha sonra elimizdeki iki probdan siyah olanını COM çıkışına, kırmızı olanı ise “mA” çıkışına bağlarız. Son olarak “üçlü kontrol kuralı”nı unutmamalıyız. Artık multimetre, dc miliamper ölçümü için hazır hale gelmiştir. Eğer büyük akım değeri ölçülecekse (-ki bu değerler insan sağlığı için çok tehlikelidir. DİKKAT!!!) o zaman doğrudan amper kademesinde ölçüm yapmak gerekir. Şimdi yukarıda kullanılan aynı devrede R1 direncinin üzerinden akan akımı ölçelim. Bunun için Şekil 7’te verilen devre şemasını kullanacağız. Şekilden ampermetrenin dirence seri olarak bağlanacağı açıkça görülmektedir. Seri bağlantı için direncin bir ucu devreden çıkarılır, çıkarılan noktaya ampermetrenin “+” ucu bağlanır. Ampermetrenin “–“ ucu ise direncin çıkarılan ucuna bağlanır. Böylece devre direncin sol tarafından kırılarak araya ampermetre seri olarak bağlanmış olur. Ampermetrenin, voltmetrede olduğu gibi paralel bağlanması yanlıştır ve ölçü aletinin sigortasının atmasına neden olur. Bu nedenle akım ölçerken dikkatli olunmalıdır. Şekil 7. Multimetre ile akım ölçümü için örnek bir devre. 5 İn. Ü., Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü DENEY 3: EŞDEĞER DİRENÇ, VOLTAJ VE AKIM ÖLÇÜMÜ Şekil 8. Şekil 7’de verilen şema kullanılarak R1 direnci üzerindeki akımın multimetre ile ölçümü. Şekil 7’de görülen devrenin protoboard kurulumu ve ampermetre ile akımın nasıl ölçüleceği Şekil 8’de verilmiştir. Tıpkı voltaj ölçümünde olduğu gibi akım ölçümünde de önemli bir husus, ampermetrenin doğru polarite ile dirence bağlanmasıdır. Bunun için multimetreye ait kırmızı probun ucu, kaynağın “+” ucuna yakın tarafa, siyah probun ucu ise kaynağın “–“ ucuna yakın tarafa bağlanmalıdır. Eğer tersi yapılırsa sonuç ekranda negatif olarak görülecektir. Ampermetre doğru bir şekilde bağlandıktan ve ekranda pozitif akım değeri görüldükten sonra, akımın yönü kırmızı probdan siyah proba doğru olarak belirlenir. * KAYNAK: Lessons in Electronic Circuits (Kuphaldt). 6 İn. Ü., Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü DENEY 3: EŞDEĞER DİRENÇ, VOLTAJ VE AKIM ÖLÇÜMÜ D. DENEY BASAMAKLARI: Not: Deney devrelerindeki direnç değerleri ders esnasında verilecektir. 1. Aşağıda verilen devreyi göz önüne alınız. a R1=660Ω R3=660Ω R1 R3 R2=660Ω R2 b a) R1, R2 ve R3’ün verilen değerleri için, devrenin eşdeğer direnci Rab’yi hesaplayınız. b) Devreyi protoboard üzerine kurarak, her bir direncin değerini ve eşdeğer direnci multimetre ile ölçünüz ve aşağıya kaydediniz. c) Hesap ve ölçüm ile bulunan eşdeğer direnç değerleri aynı mıdır? Değilse nedenini yorumlayınız. 7 İn. Ü., Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü DENEY 3: EŞDEĞER DİRENÇ, VOLTAJ VE AKIM ÖLÇÜMÜ 2. Aşağıda verilen devreyi göz önüne alınız. a R1 R2 b R3 R4 a) Devrenin eşdeğer direnci Rab’yi hesaplayınız. b) Devreyi protoboard üzerine kurarak, eşdeğer direnci multimetre ile ölçünüz. 3. Aşağıda verilen devreyi göz önüne alınız. a R1 R2 R3 b R4 R5 R6 R7 8 İn. Ü., Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü DENEY 3: EŞDEĞER DİRENÇ, VOLTAJ VE AKIM ÖLÇÜMÜ a) Devrenin eşdeğer direnci Rab’yi hesaplayınız. b) Devreyi protoboard üzerine kurarak, eşdeğer direnci multimetre ile ölçünüz. 4. Aşağıda verilen devreyi göz önüne alınız. a R1 b R2 R3 R4 a) Devrenin eşdeğer direnci Rab’yi hesaplayınız. b) Devreyi protoboard üzerine kurarak, eşdeğer direnci multimetre ile ölçünüz. 9 İn. Ü., Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü DENEY 3: EŞDEĞER DİRENÇ, VOLTAJ VE AKIM ÖLÇÜMÜ 5. Aşağıda verilen devreyi göz önüne alınız. R2 R1 a b R3 R4 R5 R6 a) Devrenin eşdeğer direnci Rab’yi hesaplayınız. b) Devreyi protoboard üzerine kurarak, eşdeğer direnci multimetre ile ölçünüz. 10 İn. Ü., Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü DENEY 3: EŞDEĞER DİRENÇ, VOLTAJ VE AKIM ÖLÇÜMÜ 6. Aşağıda verilen devreyi göz önüne alınız. R1 a R2 b R3 R4 R5 a) Devrenin eşdeğer direnci Rab’yi hesaplayınız. b) Devreyi protoboard üzerine kurarak, eşdeğer direnci multimetre ile ölçünüz. 11 İn. Ü., Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü DENEY 3: EŞDEĞER DİRENÇ, VOLTAJ VE AKIM ÖLÇÜMÜ 7. Aşağıda verilen devreyi göz önüne alınız. a R2 R1 R3 R4 R5 R7 R6 b R8 R9 Malzeme listenizde bulunan rastgele dokuz farklı direnç seçerek, devrenin eşdeğer direnci Rab’yi ölçünüz (Aynı masada çalışan öğrenciler farklı değerler seçecektir). 8. Yanda verilen devreyi göz önüne alarak, aşağıda istenen hesap ve ölçümleri yapınız. (Not: Bundan sonraki tüm hesap ve ölçümlerde: akım için akımın yönünü, voltaj için voltajın polaritesini belirtmeyi unutmayınız. Örneğin: IR=2A, yönü: VR=3V, polaritesi: gibi ) a) Devreden akan toplam akımı hesaplayınız. b) R direnci üzerindeki voltaj ve akımı hesaplayınız. c) E kaynağı üzerindeki voltaj ve akımı hesaplayınız. 12 İn. Ü., Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü DENEY 3: EŞDEĞER DİRENÇ, VOLTAJ VE AKIM ÖLÇÜMÜ d) Direnç üzerindeki voltajı hem masa tipi hem de el tipi multimetre ile ölçünüz. e) Ölçtüğünüz değerleri kullanarak, direnç üzerinde ohm kanununun sağlandığını gösteriniz. f) Devreden akan toplam akımı (= direnç üzerinden akan akımı) hem masa tipi hem de el tipi multimetre ile ölçünüz. 9. Aşağıda verilen devreyi göz önüne alınız. a) Devrenin toplam eşdeğer direncini, toplam voltajını ve toplam akımını ölçünüz (Not: Eşdeğer direnç ölçümünde kaynağın en az bir ucu devreden ayrılmalıdır). b) Devrenin ölçülen toplam akım, voltaj ve direnç değerleri için ohm kanununu sağlayınız. 13 İn. Ü., Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü DENEY 3: EŞDEĞER DİRENÇ, VOLTAJ VE AKIM ÖLÇÜMÜ c) Devredeki her bir direnç üzerindeki akım ve voltajları multimetre ile ölçerek, aşağıdaki tabloyu doldurunuz. Direnç değeri Direnç üzerindeki voltaj Voltajın polaritesi Direnç üzerinden akan akım Akımın yönü R1 R2 R3 d) Yukarıda doldurduğunuz tabloyu göz önüne alarak, her bir direnç üzerinde ohm kanununu sağlayınız. 14 İn. Ü., Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü DENEY 3: EŞDEĞER DİRENÇ, VOLTAJ VE AKIM ÖLÇÜMÜ E. DENEY SONRASI ÖDEV: 1. Deneyin yedinci basamağında ölçtüğünüz eşdeğer direnci hesapla elde ediniz. 2. Aşağıda verilen devrenin eşdeğer direncini hesaplayınız. Direnç değerlerini malzeme listenizde olan dirençlerden rastgele kendiniz belirleyiniz (Direnç değerleri farklı olacak). a R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 b 3. Bir devrede güç kaynağı varken, eşdeğer direnç ölçümünde kaynağı neden devreden ayırmalıyız? Yorumlayınız. 15 İn. Ü., Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü