Slayt 1 - TextileStudents.Org

Kondansatörler
Önbilgiler:
Kondansatör, DC akımı geçirmeyip, AC akımı
geçiren devre elemanıdır.
Kondansatörün Yapısı:
Kondansatör şekil 1.6 'da görüldüğü gibi, iki
iletken plaka arasına yalıtkan bir maddenin
yerleştirilmesi veya hiç bir yalıtkan
kullanılmaksızın hava aralığı bırakılması ile
oluşturulur. Kondansatörler yalıtkan
maddenin cinsine göre
adlandırılır.Kondansatörün sembolü:
Değişik yapılı kondansatörlere göre,
kondansatör sembollerinde bazı küçük
değişiklikler vardır.
Şekil 1.16 - Kondansatör Yapısı
Şekil 1.16 - Kondansatör Yapısı
•
•
•
•
•
•
•
•
Kondansatörün Çalışma Prensibi:
Kondansatörün bir DC kaynağına bağlanması ve şarj edilmesi:
Şekil 1.17(a) 'da görüldüğü gibi kondansatör bir DC kaynağına bağlanırsa, devreden
Şekil 1.17(b) 'de görüldüğü gibi, geçici olarak ve gittikçe azalan IC gibi bir akım akar.
IC akımının değişimini gösteren eğriye kondansatör zaman diyagramı denir.
Akımın kesilmesinden sonra kondansatörün plakaları arasında, kaynağın Vk
gerilimine eşit bir VC gerilimi oluşur.
Bu olaya, kondansatörün şarj edilmesi, kondansatöre de şarjlı kondansatör denir.
"Şarj" kelimesinin Türkçe karşılığı "yükleme" yada "doldurma" dır.
a) Bağlantı devresi
b) Zaman diyagramı
c) Vc gerilim oluşumu
•
Şekil 1.17- Kondansatörün DC kaynağına bağlanması
Kondansatör Devresinden Akım Nasıl Akmalıdır?
• Bu elektron hareketinden dolayı devreden bir IC akımı geçer. IC akımının
yönü elektron Şekil 1.17(a)' daki devrede, S anahtarı kapatıldığında aynı
anda kondansatör plakasındaki elektronlar, kaynağın pozitif kutbu
tarafından çekilir, kaynağın negatif kutbundan çıkan elektronlar,
kondansatöre doğru akmaya başlar. Bu akma işlemi, kondnsatörün plakası
daha fazla elektron veremez hale gelinceye kadar devam eder.
• hareketinin tersi yönündedir.
• Devreden geçen IC akımı, bir DC ampermetresi ile gözlenebilir. S anahtarı
kapanınca ampermetre ibresi önce büyük bir sapma gösterir. Sonra da,
ibre yavaş yavaş sıfıra gelir. Bu durum devreden herhangi bir akım
geçmediğini gösterir. IC akımına şarj akımı denir.
• Devre akımının kesilmesinden sonra yukarıda da belirtildiği gibi
kondansatör plakaları arasında VC=Vk oluşur.
• VC gerilimine şarj gerilimi denir.
• VC geriliminin kontrolü bir DC voltmetre ile de yapılabilir. Voltmetrenin "+"
ucu, kondansatörün, kaynağın pozitif kutbuna bağlı olan plakasına, "-" ucu
da diğer plakaya dokundurulursa VC değerinin kaç volt olduğu okunabilir.
Eğer voltmetrenin uçları yukarıda anlatılanın tersi yönde bağlanırsa
voltmetrenin ibresi ters yönde sapar.
AC Devrede Kondansatör:
• Yukarıda DC devrede açıklanan akım olayı, AC devrede iki
yönlü olarak tekrarlanır. Dolayısıyla da, AC devredeki
kondansatör, akım akışına karşı bir engel teşkil etmemektedir.
Ancak bir direnç gösterir.
• Kondansatörün gösterdiği dirence kapasitif reaktans denir.
• Kapasitif reaktans, XC ile gösterilir. Birimi Ohm(Ω) dur.
• XC = (1/ωC) = (1/2πfC) 'Ohm olarak hesaplanır.
• XC = Kapasitif reaktans (Ω)
• ω = Açısal hız (Omega)
• f = Frekans (Hz)
• C = Kapasite (Farad)
• Yukarıdaki bağlantıdan da anlaşıldığı gibi, kondansatörün XC
kapasitif reaktansı; C kapasitesi ve f frekansı ile ters orantılıdır.
Yani kondansatörün kapasitesi ve çalışma frekansı arttıkça
kapasitif reaktansı, diğer bir deyimle direnci azalır.
Sabit Kondansatörler
• Sabit kondansatörler kapasitif değeri değişmeyen
kondansatörlerdir.
• Yapısı ve Çeşitleri:
• Kondansatörler, yalıtkan maddesine göre
adlandırılmaktadırlar.
• Sabit kondansatörler aşağıdaki gibi gruplandırılır:
• Kağıtlı Kondansatör
• Plastik Film Kondansatör
• Mikalı Kondansatör
• Seramik Kondansatör
• Elektrolitik Kondansatör
Plastik Film Kondansatör
• Plastik film kondansatörlerde kağıt yerine plastik bir
madde kullanılmaktadır.
Bu plastik maddeler:
Polistren, poliyester, polipropilen olabilmektedir.
• Hassas kapasiteli olarak üretimi yapılabilmektedir.
Yaygın olarak filtre devrelerin de kullanılır.
• Üretim şekli kağıt kondansatörlerin aynısıdır.
Mikalı Kondansatör
• Mika, "εr" yalıtkanlık sabiti çok yüksek olan ve çok az
kayıplı bir elemandır. Bu özelliklerinden dolayı da,
yüksek frekans devrelerinde kullanılmaya uygundur.
Mika tabiatta 0.025 mm 'ye kadar ince tabakalar
halinde bulunur. Kondansatör üretiminde de bu
mikalardan yararlanılır.
• İki tür mikalı kondansatör vardır:
• Gümüş kaplanmış mikalı kondansatör.
• Aluminyum folyolu kaplanmış mikalı kondansatör.
Gümüş Kaplanmış Mikalı Kondansatör
• Bu tür kondansatörlerde mikanın iki yüzüne gümüş püskürtülmektedir.
Oluşturulan kondansatöre dış bağlantı elektrotları lehimlenerek mum veya
reçine gövde içerisine yerleştirilir.
Şekil.1.20 'de değişik boydaki mikalı kondansatörler gösterilmektedir.
•
• Şekil 1.20 - Gerçek büyüklüğün 1/3 boyutundaki gümüş kaplanmış mikalı
kondansatörler.
• Alüminyum Folyo Kaplanmış Mikalı Kondansatör:
• Gümüş kaplama çok ince olduğundan, bu şekilde üretilen kondansatör
büyük akımlara dayanamamaktadır. Büyük akımlı devreler için, mika
üzerine alüminyum folyo kaplanan kondansatörler üretilmektedir.
Mikalı kondansatör ayarlı (trimmer) olarak ta üretilmektedir.
Seramik Kondansatör
• Seramiğin yalıtkanlık sabiti çok büyüktür. Bu nedenle,
küçük hacimli büyük kapasiteli seramik kodansatörler
üretilebilmektedir.
Ancak, seramik kondansatörlerin kapasitesi, sıcaklık,
frekans ve gerilim ile %20 'ye kadar değiştiğinden,
sabit kapasite gerektiren çalışmalarda kullanılamaz.
Fakat, frekens hassasiyetinin önemli olmadığı kuplaj,
dekuplaj (by-pass) kondansatörü olarak ve sıcak
ortamlarda kullanılmaya uygundur.
Elektrolitik Kondansatörler
• Elektrolitik kondansatörler büyük kapasiteli
kondansatörlerdir.
Yaygın bir kullanım alananı vardır. Özellikle,
doğrultucu filtre devrelerinde, gerilim çoklayıcılarda,
ses, frekens yükselteçlerinde, kuplaj ve dekuplaj
devrelerinde, zamanlama devrelerinde
yararlanılmaktadır.
• İki tür elektrolitik kondansatör vardır:
• Aliminyum plakalı
• Tantalyum (tantalıum) plakalı
Alüminyum Plakalı Elektrolitik
Kondansatör
•
•
•
•
•
•
Aliminyum plakalı elektrolitik kondansatörün yapısı şekil 1.21 'de verilmiştir.
Şekilde görüldüğü gibi kondansatör yapısı şöyledir:
Birinin yüzü okside edilmiş ve iki elektrot bağlanmış olan şerit şeklindeki iki
aliminyum plaka
Plakaların arasında elektrolitik emdirilmiş kağıt
Bunlar silindir şeklinde sarılarak kondansatör oluşturulmaktadır. Oksit tabakası
yalıtkan olduğundan plakalar arası yalıtkanlığı sağlamaktadır
Aliminyum oksitli plakaya bağlı elektrot pozitif (+), aliminyum plakaya bağlı elektrot
da negatif (-) olarak adlandırılır.
Devreye bağlantı da "+" elektrot, devrenin pozitif tarafına, "-" elektrotta negatif
tarafına bağlanmalıdır. Ters bağlantıda anot üzerindeki oksit tabakası kalkar ve
geçen akımla elektrolitik kimyasal reaksiyona uğrar ve ısınıp şişerek kondansatörü
patlatır.
Kağıda emdirilmiş olan elektrolitik, iletken bir madde olup, gövdesi oksit
tabakasının zamanla ve küçük değerli aşırı gerilimlerde bozulmasını önlemektedir.
Tantalyumlu Elektrolitik Kondansatör
• Bu tür kondansatörde de anot, oksit kaplı tantalyum şerit ve
katot da yalnızca tantalyumdur. Yapımı Aliminyum elektrotlu
kondansatör ile aynıdır.
• Farkı: Tantalyum oksidin yalıtkanlık sabiti daha büyüktür.
• Elektrolitik kondansatörlerin avantajları ve dezavantajları:
• Avantajları:
Hacmi küçük, kapasitesi büyüktür. Maliyeti düşüktür.
• Dezavantajları:
Kaçak akımı büyüktür.Ters bağlantı halinde bozulur.
şekil 1.22 - Değişik kondansatörlerden görüntüler
a. Değişken Kondansatörler
b. Ayarlanabilen Kondanstörler
c. Kağıt Kondanstörler
d. Seramik Kondanstörler
e. Elektrolitik Kondanstörler
Ayarlı Kondansatörler
Ayarlı Kondansatörler, kapasitif değerleri değişik yöntemler ile
değiştirilebilen kondansatörlerdir.Kullanılma yerine göre
değişik yapıda ve çeşitli boyutlarda üretilmektedirler. Şekil 1.24
'te görülen üç şekilde de sembolize edilir.
Büyük boy değişken kondansatörler (Varyabl
kondansatör) Küçük boyutlu değişken kondansatörler
(Trimer) Değişken kapasiteli diyotlar (Varaktör)
Büyük Boy Ayarlı (Varyabl) Kondansatörler
•
Bu gruba giren kondansatörler, İngilizce adı ile varyabl (variable) olarakta anılmaktadır.
"Varyabl" kelimesinin Türkçe karşılığı "değişken" kelimesidir. Varyabl kondansatörler paralel
bağlı çoklu kondansatörden oluşmaktadır. Bu kondansatörlerin birer plakası sabit olup,
diğer plakaları şekil 1.22(a) ve şekil 1.25 'te görüldüğü gibi bir mil ile döndürülebilmektedir.
Böylece kondansatörlerin kapasiteleri istenildiği gibi değiştirilebilmektedir. Hareketli
plakalar sabit plakalardan uzaklaştıkça, karşılıklı gelen yüzeyler azalacağından kapasitede
küçülecektir. Hareketli plakalara rotor, sabit plakalara stator denmektedir.
Plakalar genelde alüminyum (Al) veya özel amaçlar için gümüş kaplı bakırdır. Plakalar
arasında yalıtkan madde olarak genellikle hava vardır. Bazı özel hallerde, mika plastik ve
seramikte kullanılmaktaradır. Veya vakumlu (havasız) yapılmaktadır. Havalı ve yalıtkanlı
kondansatörlerde bir miktar kaçak (leakage) akımı vardır. Vakumlu olanlarda hiç kaçak
yoktur. Vakumlu kondansatörlerde; çalışma gerilimi 50 KV 'a ve frekensı 1000 MHz 'e kadar
çıkabilmektedir. Kapasitif değeri ise 50-250 pF arasında değişir. Havalılarda ise kapasite
400pF 'a kadar çıkabilmektedir. Varyabl kondansatörler ile büyük kapasitelere
ulaşılamamakla beraber, yukarıda belirtildiği gibi çok büyük gerilimlerle ve frekenslar da
çalışılabilmektedir. Bazı uygulamalarda, Şekil 1.25 'te görüldüğü gibi aynı gövdede iki
varyabl kondansatör kullanılır. Bunlardan birinin rotoru, statordan uzaklaştırılırken
diğerinin rotoru ters bir çalışma şekli ile statoruna yaklaşır.
Varyabl kondansatörün kullanılma alanları:
Radyo alıcıları (plakaları çok yakın ve küçüktür).
Radyo vericileri
Büyük güçlü ve yüksek frekans üreticileri
(plakalar arası 2,5 cm 'dir
Küçük Boy Ayarlı Kondansatörler
(Trimerler)
• Küçük boy ayarlı kondansatörler, trimer (Trimmer), peddir (Padder) gibi
değişik isimlerle anılmaktadır. Hassas kapasite ayarı için kullanılırlar ve bu
ayar tornavida ile yapılır. Bu nedenle, bunlara ayarlı kondansatör de denilir.
Değişik tipleri vardır. En yaygın tipi şekil 1.22 (b) 'de görüldüğü gibi, yan
yüzünde vida bulunan karesel yapıda olanlarıdır. Bu türde kare şeklindeki
iki alüminyum plaka arasında mika veya plastik yalıtkan vardır. Vida bir
tornavida yardımı ile sıkılınca plakalar birbirine doğru yaklaşır ve
C:eo.er.A/d bağıntısı gereğince "d" aralığı kısaldığı için kapasite (C) büyür.
• Ayrıca şekil 1.26 'da görüldüğü gibi silindirik veya varyabl tipinde olanları
da vardır. Silindiriklerde ortadaki iletken vida bir yalıtkan içerisinde hareket
etmekte ve bir plaka görevi yapmaktadır. İçe doğru vidalama yapıldıkça
kapasitif değer büyümektedir.Trimerler, 100-600 V gerilimde
çalışabilmekte ve kapasiteleri çok küçük değerler ile 1000 pF arasıda
değişmektedir.
Başlıca kullanım alanları:
Telekomünikasyon devrelerinde kapasitif değerlerdeki ince ayarlar için
kullanılır
Değişken Kapasiteli Diyotlar (Varaktör)
• Jonksiyon diyotlara ters gerilim uygulandığında bir
kondansatör gibi çalışmaktadır. Uygulanan gerilime göre
kapasitif değer değişir.
Uygulanan gerilim büyüdükçe kapasitif değeri küçülür.
• Gerilime bağlı kapasite değişikliği nedeniyle VARAKTÖR veya
VARİKAP adı verilmiştir.
• SEMBOLÜ:
Şeklindedir.
• Kullanım Alanları:
• 0 - 100 V arasındaki gerilimlerde ve 200 GHz 'e kadar olan
frekenslarda kullanılır. 3 - 100 pF arasında kapasitif değere
sahiptir.
• Telekomünikasyonda frekans kontrolünde kullanılır.
Bobinler (Coil)
• Sabit Bobinler ve Yapıları:
• Bobin bir yalıtkan makara (mandren veya karkas) üzerine
belirli sayıdaki sarılmış tel grubudur.
• Kullanım yerine göre, makara içerisi boş kalırsa havalı bobin,
demir bir göbek (nüve) geçirilirse nüveli bobin adı verilir.
Bobinin her bir sarımına spir denir. Şekil 1.28 'de bobin
sembolleri verilmiştir.
• Aşağıdaki üst sırada bulunan semboller eski alt sırada bulunan
semboller yeni gösterilim şeklidir.
•
Şekil 1.27 - Değişik Bobin Sembolleri
Bobindeki Elektriksel Olaylar:
• Bilindiği gibi bir iletkenden akım geçirildiğinde, iletken etrafında bir
magnetik alan oluşur. Bu alan kağıt üzerinde daireler şeklindeki kuvvet
çizgileri ile sembolize edilir.
• Bir bobinden AC akım geçirildiğinde, Şekil 1.29 'da görüldüğü gibi bobin
sargılarını çevreleyen bir magnetik alan oluşur.
• Akım büyüyüp küçülüşüne ve yön değiştirmesine bağlı olarak bobinden
geçen kuvvet çizgileri çoğalıp azalır ve yön değiştirir.
• Bobine bir DC gerilim uygulanırsa, magnetik alan meydana gelmeyip bobin
devrede bir direnç özelliği gösterir.
•
Şekil 1.29 - içinden akım geçen bobindeki Magnetik alan kuvvet çizgileri
Zıt Elektro Motor Kuvveti (EMK)
• Bobin içerisindeki kuvvet çizgilerinin değişimi, bobinde zıt
elektromotor kuvvet (zıt EMK ) adı verilen bir gerilim endükler.
Bu gerilimin yönü Şekil 1.30 'da gösterilmiş olduğu gibi kaynak
gerilimine ters yöndedir.
Dolayısıyla da zıt EMK, bobinden, kaynak geriliminin
oluşturduğu akıma ters yönde bir akım akıtmaya çalışır. Bu
nedenledir ki, kaynak geriliminin oluşturduğu "I" devre akımı,
ancak T/4 periyot zamanı kadar geç akmaya başlar.
• Zıt EMK 'nın işlevi, LENZ kanunu ile şöyle tanımlanmıştır.
• LENZ kanununa göre zıt EMK, büyümekte olan devre akımını
küçültücü, küçülmekte olan devre akımını ise büyültücü yönde
etki yapar.
Endüktif Reaktans (XL):
• Bobinin, içinden geçen AC akıma karşı gösterdiği dirence
endüktif reaktans denir.
Endüktif reaktans XL ile gösterilir. Birimi "Ohm" dur.
Şöyle ifade edilir:
• XL = ω.L 'dir. ω = 2.π.f olup yerine konulursa, XL = 2.π.f.L ohm
olur.
• ω : Açısal hız (Omega)
f: Uygulana AC gerilimin frekansı birimi, Herzt (Hz) 'dir.
L: Bobinin endüktansı olup birimi, Henry (H) 'dir.
Şekil 1.30. Zıt EMK 'nın etkisi
"L" nin değeri bobinin yapısına bağlıdır.
• Bobinin sarım sayısı ve kesit alanı ne kadar büyük olursa, "L" o
kadar büyük olur. Dolayısıyla AC akıma gösterdiği dirençte o
oranda büyür.
• "L" nin birimi yukarıda da belirtildiği gibi Henry (H) 'dir. Ancak
genellikle değerler çok küçük olduğundan "Henry" olarak
yazımda çok küsürlü sayı çıkar.
• Bunun için miliHenry (mH) ve mikrohenry (µH) değerleri
kullanılır.
• Henry, miliHenry ve mikroHenry arasında şu bağıntı vardır.
• MiliHenry (mH) :1mH = 10¯³ H veya 1H = 10³mH
MikroHenry (µH) : 1µH = 10¯⁶ H veya 1H = 10⁶ µH 'dir.
Karşılıklı Endüktans (M):
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Aynı nüve üzerine sarılı iki bobinin birinden akım geçirildiğinde, bunun nüvede
oluşturduğu kuvvet çizgileri diğer sargıyı da etkileyerek, bu sargının iki ucu arasında
bir gerilim oluşturur. Bu gerilime endüksiyon gerilimi denir.
Bu şekilde iletişim, karşılıklı (ortak) endüktans denen belirli bir değere göre
olmaktadır.
Karşılıklı endüktans (M) ile gösterilir ve şu şekilde ifade edilir:
M=√L1.L2
L1 ve L2, iki bobinin self endüktansıdır.
M 'in birimi de Henry(H) 'dir.
Şöyle tanımlanır:
Aynı nüve üzerindeki iki bobinin birincisinden geçen 1 amperlik AC akım 1
saniyede, ikinci bobinde 1V 'luk bir gerilim endükliyorsa iki bobin arasındaki
karşılıklı endüktans M=1 Henry 'dir.
Bobinler seri bağlanırsa toplam endüktans: L=L1+L2+L3+.......... olur.
Aynı nüve üzerindeki iki bobin seri bağlanırsa: L=L1+L2±2M olur.
Şekil 1.31 'de değişik bobin görüntüleri verilmiştir.
Bobinin Kullanım Alanları:
• Bobinin elektrik ve elektronikte yaygın bir kullanım alanı vardır. Bunlar
kullanım alanlarına göre şöyle sıralanabilir.
• Elektrikte:
• Doğrultucular da şok bobini
• Transformatör
• Isıtıcı v.b.
• Elektromıknatıs (zil, elektromagnetik vinç)
• Elektronikte:
• Osilatör
• Radyolarda ferrit anten elemanı (Uzun, orta, kısa dalga bobini)
• Telekomünikasyonda frekans ayarı (ayarlı göbekli bobin)
• Telekomünikasyonda röle
• Yüksek frekans devrelerinde (havalı bobin)
• Özellikle de radyo alıcı ve vericilerinde de anten ile bağlantıda değişik
frekansların (U.D,O.D,KD) alımı ve gönderiminde aynı ferrit nüveyi kullanan
değişik bobinler ve bunlara paralel bağlı kondansatörlerden yararlan
a) Ayarlı hava nüveli bobin
b) Ayarlı demir nüveli bobin
c) Ayarlı ferrit nüveli bobin
d) Sabit hava nüveli bobinler
e) Demir çekirdekli bobin
f) Şiltli ses frekansı şok bobini
g) Güç kaynağı şok bobini
h) Toroid
i) Şiltli, yüksek endüktanslı şok bobini
BOBİN HESABI
•
•
•
•
Bobin hesaplanırken:
Bobin boyu (l) cm
Bobin çapı (D)cm
Bobin sarım sayısı (n) ‘’Spir sayısı,,
Bobin değeri (L) µH
Formülü ile hesaplanır.
L = D.k.n².10¯³
k=100.D/11.l + 4D
Diğer bir formül de aşağıdaki gibidir
L=d².n²/23.d+25.l µH dir
Bu formülde:
L= µH olarak bobin değeri
n= bobinin spir sayısı
d= bobinin yarı çapı cm
l= bobinin uzunluğu cm
RLC DEVRELERİ
• RC ile RL ile RLC ile seri yada paralel bağlana
bilir.
• Empedans: Z=√R²+(Xc)² Xc=1/2ΠfC
Empedans: Z=√R²+(XL)² XL=2ΠfL
Empedans: Z= √R²+(XL-Xc)²
XL>Xc ise endüktif’tir
XL<Xc ise kapasitif‘tir
XL=Xc ise REZONANS TADIR.
Rezonans devreleri
• Rezonans şartı: XL=Xc dir.
2ΠfL=1/2ΠfC olduğundan,4Π²f²LC=1 olur
f²=1/4Π²LC eşitliğin her iki yanı nın kökü
alındığında:
f=1/2Π√LC rezonans formülü bulunur.
Bu formülde:
f=Hz olarak frekans. L= Henri olarak bobin
değeri. C= Farat olarak kondansatör değeri.
Kolaylık bakımından
f=159/√LC Formülü kullanılır.
Bu formülde:
f=MHz olarak frekans.
L=µH olarak bobin değeri.
C=pF olarak kondansatör değeri.
F=927khz
C=100pf
L=?
SERİ VE PARALEL REZONANSIN KAŞILAŞTIRILMASI
Seri rezonansta
Akım maksimumdur.
Empedans minimumdur.
Rezonans frekansını geçirir,
Alt ve üst frekansları geçirmez.
Bant genişliği=fo/Q
Q= Kalite faktörüdür.
Q=ɯL/R
Paralel rezonansta
Akım minimumdur.
Empedans maksimumdur.
Rezonans frekansını geçirmez
Alt ve üst frekansları geçirir.
Bant genişliği=fo/Q
Q=ɯL/R
ɯ=2Πf dir.
ÖRNEK ÇÖZÜMLER