VR ANALİZİ NY ÖYÜ 2013-2014muh.karabuk.edu.tr/bilgisayar/devre_lab/DeneyFoyu.pdf · Thevenin teoremi ile herhangi bir karmaşık devre; bir gerilim kaynağı ile seri bir dirence

Ders Sorumlusu: Yrd. Doç. Dr. Can Bülent

FİDAN

Laboratuvar Sorumluları: İbrahim ATLI

: Rafet DURGUT

DEVRE ANALİZİ DENEY FÖYÜ 2013-2014

İÇİNDEKİLER

DENEY 1: SERİ VE PARALEL DİRENÇLİ DEVRELER ..................................................................................... 3

DENEY 2: THEVENİN TEOREMİ ................................................................................................................ 8

DENEY 3: WHEATSTONE KÖPRÜSÜ ....................................................................................................... 11

DENEY 4: KONDANSATÖRÜN VE BOBİNİN DOĞRU AKIMDA DAVRANIŞI .............................................. 14

DENEY 5: ALÇAK GEÇİREN FİLTRE .......................................................................................................... 18

DENEY 1: SERİ VE PARALEL DİRENÇLİ DEVRELER

1. Açıklama

Bu deneyin amacı; seri, paralel ve seri/paralel bağlı dirençlerin etkisini incelemektir.

Bu inceleme için ilk önce ön çalışmada verilen devreler analiz edilecek, sonra da aynı devreler

laboratuvarda denenecektir. Ön çalışmada bulunan teorik değerler ile deneyde bulunan

değerler birbiriyle karşılaştırılacaktır.

2. Ön Çalışma

2.1. Seri Bağlı Dirençler

Şekil 1’de görülen devre, gerilim bölünmesi kavramını incelemek için kullanılacaktır. Devrede

VS=15 V’tur ve devredeki dirençlerin değerleri Tablo 1’de verilmiştir.

R1 4.7 kΩ

R2 8.2 kΩ

R3 3.9 kΩ

R4 20 kΩ

R5 50 kΩ

Tablo 3.1

1) Gerilim kaynağının uçlarından görülen eşdeğer direnci, yani RAB’yi hesaplayınız.

2) V1, V2 ve V3 gerilimlerini hesaplayınız.

3) R3 direncini açık devre ediniz ve IS akımını hesaplayınız.

4) R3 direncini kısa devre ediniz ve IS akımını hesaplayınız.

5) IS akımını hesaplayınız.

6) Elde ettiğiniz sonuçları Tablo 2’te uygun yerlere yazınız.

Şekil 3.1 Seri dirençli devre

2.2. Paralel Bağlı Dirençler

Şekil 2’de görülen devre, akım bölünmesi kavramını incelemek için kullanılacaktır. Devrede

VS=15 V’tur ve devredeki dirençlerin değerleri Tablo 1’de verilmiştir.

1) Gerilim kaynağının uçlarından görülen eşdeğer direnci, yani RAB’yi hesaplayınız.

2) IS , I1, I2 ve I3 akımlarını hesaplayınız.


3.2 Paralel dirençli devre

2.3. Seri/Paralel Bağlı Dirençli Devre

Şekil 3’de görülen devre, her bir direnç üzerindeki gerilimi ve her bir direnç üzerinden akan

akımı belirlemenin yansıra, bir direnci açık devre ve kısa devre etmenin etkisini incelemekte

de kullanılacaktır. Devrede VS=15 V’dur ve devredeki dirençlerin değerleri Tablo 1’de

verilmiştir.

1) Gerilim kaynağının uçlarından görülen eşdeğerli direnci, yani RAB’yi hesaplayınız.

2) Her bir direncin gerilimini ve akımını hesaplayınız.

3) R3 direncini açık devre ediniz ve IS akımını hesaplayınız.

4) R3 direncini kısa devre ediniz ve IS akımını hesaplayınız.


Şekil 3.3 Seri/Paralel Dirençli Devre.

3. Gerekli Cihaz ve Elemanlar

1. 1 adet dc güç kaynağı

2. 1 er adet 4.7 kΩ, 8.2 kΩ, 3.9 kΩ, 20 kΩ, 50 kΩ mertebesinde direnç

3. 1 adet avometre

4. Yapılacak İşlemler

Şekil 1, 2 ve 3’deki devreler eşdeğer direnci teyit etmek için kullanılacaktır. Şekil 1 ve 2’deki

devreler, sırasıyla gerilim bölünmesini ve akım bölünmesini teyit etmek için de

kullanılacaktır. Şekil 1 ve 3’deki devreler aynı zamanda bir direnci kısa devre ve açık devre

etmenin etkisini incelemek için de kullanılacaktır.

4.1. Seri Bağlı Dirençler

1) Şekil 1’de görülen devreyi, gerilim kaynağını bağlamadan kurunuz ve eşdeğer direnci

Ohmmetre ile ölçünüz.

2) Gerilim kaynağını devreye bağlayınız.(Devrede VS=15 V’tur)

3) V1, V2, V3 ve VS gerilimlerini ve IS akımını ölçünüz.

4) R3 direncini açık devre ediniz ve V3 gerilimi ile IS akımını ölçünüz.

5) R3 direncini kısa devre ediniz ve V3 gerilimi ile IS akımını ölçünüz.

4.2. Paralel Bağlı Dirençler




3) I1, I2, I3 ve IS akımlarını ve VS gerilimini ölçünüz.

4.3. Seri/Paralel Bağlı Dirençli Devre




3) Her bir direncin gerilim ve akımını ölçünüz. Gerilim kaynağının gerilim ve akımını

1) ölçünüz.

4) R3 direncini açık devre ediniz ve IS akımını ölçünüz.

5) R3 direncini kısa devre ediniz ve IS akımını ölçünüz.

Tablo 3.2: Seri bağlı dirençler deneyi sonuçları

Veri Hesaplanan Deney Sonucu

RAB

V1

V2

V3

VS

IS

IS (R3 açık devre)

IS (R3 kısa devre)

Tablo 3.3 Paralel bağlı dirençler deneyi sonuçları


RAB

I1

I2

I3

VS

IS

Tablo 3.3 Seri/paralel bağlı dirençler deneyi sonuçları


I1

I2

I3

I4

I5

V1

V2

V3

V4

V5

VS

IS

IS (R3 açık devre)

IS (R3 kısa devre)

5. Raporda İstenenler

A. Seri Bağlı Dirençler

1) RAB’nin ölçülen değeriyle hesaplanan değerini karşılaştırınız (%hata?).

2) V1, V2 ve V3 gerilimlerinin ölçülen değerlerini hesaplanan değerleriyle karşılaştırınız.

3) Devredeki her bir direncin harcadığı gücü ve gerilim kaynağının sağladığı gücü,

deneyde ölçtüğünüz değerleri kullanarak hesaplayınız ve ön çalışmada hesaplanan

teorik değerlerle karşılaştırınız.

4) R3 direncinin kısa devre ve açık devre edilmesinin devre üzerindeki etkisini tartışınız.

B. Paralel Bağlı Dirençler


2) I1, I2, I3 ve IS akımlarının ölçülen değerlerini hesaplanan değerleriyle karşılaştırınız.

3) Bu devrede R3 direncinin kısa devre edersen ne olur. Bu akımı ampermetre ile

ölçebilir miyiz?

C. Seri/Paralel Bağlı Dirençli Devre


2) Bütün dirençlerin akım ve gerilimlerine ait ölçülen değerlerle hesaplanan değerleri

karşılaştırınız.

3) R3 direncinin kısa devre ve açık devre edilmesinin devre üzerindeki etkisini tartışınız.

DENEY 2: THEVENİN TEOREMİ

1. Açıklama

Bu deney, Thevenin teoreminin elektrik ve elektronik devrelerinin çözümündeki fayda

ve üstünlüklerini açıklamak gayesi ile düzenlenmiştir.

Thevenin teoremi ile herhangi bir karmaşık devre; bir gerilim kaynağı ile seri bir

dirence eşdeğer olarak gösterilir. Bu iki nokta arasına bağlanacak olan yük direncinden daima

(hem orijinal durumda, hem de eşdeğer devre durumunda) aynı akım akar.



2. 1 adet avometre

3. Direnç kutusu


1. Şekil 4.1.a’daki devreyi kurunuz. Ampermetreden akan akımı (IÖ) ölçüp kaydediniz.

2. A – B noktalarının solunda kalan devrenin Thevenin gerilimini (ETh) ve Thevenin

direncini (RTh) hesaplayıp Tablo 4.1’e yazınız.

3. Hesapladığınız değerlere ait Şekil 4.1.b’deki devreyi kurarak, ampermetreden akan

akımı (ITh) ölçüp Tablo 4.1’e yazınız.

1. 2. ve 3. adımlarda yapılanları 4.2’deki devre için tekrarlayınız.

4. Şekil 4.3.a’daki devreyi kurunuz.

5. Ampermetreden akan akımı ölçüp kaydediniz.

6. Şekil 4.3.a’daki devrede A – B noktalarının solunda kalan devrenin Thevenin

eşdeğerini hesaplayınız.

7. Hesaplanan değerlere ait devreyi kurunuz. Ampermetreyi yük olarak bağlayınız.

Ampermetrenin iç direncini (Rİ) hesaplayınız.

8. Şekil – 9.3b’deki devre için 1., 2. ve 3. şıkları tekrarlayınız.

A1.5 V

10 kΩ

1 kΩ

A

AETh

RTh

A

B

Şekil 4.1.a Şekil 4.1.b

9. Şekil 4.4.a’daki devreyi kurunuz.

10. A – B uçları arasındaki açık devre Thevenin gerilimini (VOC) ölçüp kaydediniz.

11. A – B noktaları arasına bağlayacağınız ampermetre ile kısa devre akımını (ISC) ölçüp

kaydediniz.

12. Thevenin direncini RTH = VOC / ISC bağıntısından hesaplayınız. Şekil 4.4.b’deki Thevenin

eşdeğer devresini kurunuz.

13. Şekil 4.4.b’deki devrenin A – B noktaları arasına bağlayacağınız ampermetre ile akan

akımı ölçüp kaydediniz.

14. Orijinal devreler ile Thevenin eşdeğerlerinin akımları arasındaki yüzde hatalarını

hesaplayınız.

A2.2 kΩ

A10 kΩ 3.9 kΩ

A1.5 V

250 kΩ

150 kΩ

A

B

3.9 kΩ 8.2 kΩ

A10 kΩ

A

B

1.5 V

1 kΩ

1 kΩ

A

B

1.5 V

1 kΩ

A

RTh

B

Şekil 4.2

Şekil 4.3.a

Şekil 4.3.b

Şekil 4.4.a

Şekil 4.4.b

Tablo 4.1

IÖ (ISC) ITH Yüzde hata

ETH RTH Rİ

Şekil 1.a,b

Şekil 2

Şekil 3a

Şekil 3b

Şekil 4

DENEY 3: WHEATSTONE KÖPRÜSÜ

1. Açıklama

Bu deneyde, dengeli bir Wheatstone köprüsünün analizi yapılacak ve dengesiz bir

köprüye Thevenin teoremi uygulanacaktır. Temel Wheatstone köprüsü çok eskiden beri

kullanılmaktadır. Günümüzde ise sıfır göstergeli aletlerde çok kullanılır. Şekil 1.a daki devrede

R1R4=R2R3 eşitliği sağlandığında köprü dengededir ve ampermetreden akım akmaz.

Wheatstone köprüsünün asıl kullanım amacı direnç ölçümüdür.



2. 1 adet avometre

3. 4 adet 2.2 kΩ direnç

4. Direnç kutusu


1. 2.2 kΩ’luk dirençlerin değerlerini ölçüp Tablo 1’e kaydediniz.

2. Şekil 1’deki devreyi kurunuz.

3. I1, I2, I3, I4 ve I5 akımlarını ölçüp tabloya kaydediniz.

4. Şekil 2’deki devrede ampermetreyi devreden çıkartıp A – B noktalarına göre Thevenin

eşdeğer elemanlarını hesaplayınız ve Tablo 1’e kaydediniz.

5. Hesapladığınız değerlere göre Şekil 3’deki devreyi kurunuz. Ampermetreden akan akımı Tablo

1’e kaydediniz.

6. 5.Adımdan faydalanarak ampermetrenin iç direncini hesaplayınız.

AE

R1 R2

R3 R4

Şekil 1

AE=5 V

2.2 k 2.2 k

2.2 k 2.2 k

I1 I2

I3 I4

I5

AETh

RTh

A

B

7. Aşağıdaki yaklaşık ifadeleri Şekil 2’deki devreye uygulayınız.

1. VTH ≈ E(∆R)/4R RTH ≈ R

8. Buradaki ∆R direnci; Wheatstone köprüsündeki dirençlerin üzerlerinde yazılı olan değerleri ile

gerçek değerleri arasındaki farkı ifade eder. Mesela, Şekil 1’deki devrede tüm dirençlerin

işaretli değerleri, 100 Ω ve gerçek değerleri, R1=90 Ω, R3=110 Ω, R2=100 Ω ve R4=105 Ω ise

(R=100 Ω)

1. ∆R31=10 Ω−(−10 Ω)=20 Ω

2. ∆R42=5 Ω+0 Ω=5 Ω

3. ∆R=∆R31−∆R42=15 Ω olur.

9. Adımdaki yaklaşık değerleri kullanarak, Şekil 3’deki Thevenin eşdeğer devresi kurunuz.

Ampermetreden akan akımı Tablo 1’e kaydediniz.

10. ve 5. adımlarda ölçülen akımlar arasındaki bağıl hatayı hesaplayıp kaydediniz.

11. ve 8. adımlarda ölçülen akımlar arasındaki bağıl hatayı hesaplayıp kaydediniz.

12. 4. ve 7. adımlarda hesaplanan Thevenin gerilimleri arasındaki bağıl hatayı hesaplayıp

kaydediniz.

13. ve 7. adımlarda hesaplanan Thevenin dirençleri arasındaki bağıl hatayı hesaplayıp

kaydediniz..

Tablo 1

Direnç değerleri

Akım Thevenin eşdeğer devresi

Ampermetre iç direnci

R1 I1 VTH R

R2 I2 RTH --------------

R3 I3 -------------- --------------

R4 I4 -------------- --------------

-------------- I5 ITH --------------

Tablo 2

Şekil 3

Şekil 2

Yaklaşık Thevenin eşdeğer devresi

Bağıl Hata

R1 9.adım

RTH 10.adım

VTH 11.adım

ITH 12.adım

DENEY 4: KONDANSATÖRÜN VE BOBİNİN DOĞRU AKIMDA DAVRANIŞI

1. Açıklama

Kondansatör doğru akımı geçirmeyip alternatif akımı geçiren bir elemandır. Yükselteçlerde DC’yi

geçirip AC geçirmeyerek filtre elemanı olarak kullanılır. AC/DC dönüştürülmesinde diyotlar düzgün bir

DC elde edilemez burada da filtre elemanı olarak kullanılır. Enerji depolama özelliğinden

faydalanılarak kontakların gecikmeli açılması istenen yerlerde röleye paralel bağlanarak kullanılabilir.

Şekil 1: R-C devresi şeması

Şekil 1’deki devrede S anahtarı 1 konumunda iken, C kondansatörün üst ucu (+), alt ucu da (-) olarak

yüklenir. S anahtarının 1 konumunda iken ilk anda kondansatör kısa devre gibi davranır ve devreden

akan akım maksimumdur. Belli zaman sonra kondansatör levhaları yüklenir ve levhalar arasında

potansiyel fark oluşur. Kondansatör doldukça uçlarındaki gerilim yükselir ve nihayet gerilim kaynağına

eşit olur. Bu anda devreden akım geçmez kondansatör açık devre gibi davranır. Bu duruma

kondansatörün şarjı denir.

Şekil 2: Şarj esnasında kondansatör gerilimi (solda) ve devre akımı (sağda)

Anahtar 2 konumuna alınarak gerilim kaynağı devreden çıkarıldığında ise levhalardaki yük direnç

üzerinden boşalarak sıfıra ulaşır. Bu duruma kondansatörün deşarjı denir. Kondansatörde şarj ve

deşarj akımları birbirinin tersi yöndedir.

Şekil 3: Deşarj esnasında (solda) kondansatör gerilimi ve (sağda) devrenin akımı

DC’de bobin; elektrikte motor, elektromıknatıs, röle, elektronikte ise filtre ve regüle devrelerinde

kullanılır. Bobinin DC’de dar bir kullanım alanı vardır. AC’de daha geniş bir kullanım alanı vardır.

Şekil 4

Şekil 4’teki bobinli devrede anahtar 1 konumuna getirildiği ilk anda, bobin endüktansı akım değişimini

engelleyecek etki meydana getirdiği için bobin içinden geçen akım, ani değerler alamaz ve ancak

zamanla değer değiştirir. Bu yüzden akım yavaşça yükselir. Bobin DC’de ilk anda açık devre gibi

davranır bobinin gerilimi kaynağın gerilimine eşittir ve devreden akan akım sıfırdır. Bobin yeterli

sürenin ardından kısa devre gibi davranır (Şekil 5).

Şekil 5 Şekil 6

Anahtar 2 konumuna getirildiği ilk anda bobin uçlarında kaynak gerilimine eş bir gerilim değeri

görülmekte ve devredeki akım değişmemektedir. Daha sonra zaman ilerledikçe bobinin uçlarındaki

gerilim ve devrenin akımı azalarak 0 olmaktadır (Şekil 6).

Enerji depo edebilen elemanların, yaklaşık % 63’ lük kısmı şarj ya da deşarj olurken geçen süreye

zaman sabiti denir. Bir devrenin zaman sabiti değişirse o devrenin çalışma süresi de değişir. RL

devrelerde zaman sabiti, bobin endüktansı ile doğru orantılı ve omik dirençle ters orantılı olarak

değişir.

T= L / R

Şekil 7: Akım ve gerilim eğrilerinde RL devresinin çalışması

Direnç ve kondansatörden yapılan devrelerdeki zaman sabitesine, RC zaman sabitesi denir. Bu

devrelerde zaman sabiti, kondansatör değeri ve omik dirençle doğru orantılıdır. Bir dirence seri bağlı

kondansatörün şarj ve deşarj olurken üzerinden geçen akımın zamana göre değişimi.

T= R * C

Şekil 8: Akım ve Gerilim Eğrisi Üzerinde RC Devresinin Çalışması


1. 1 adet sinyal jeneratörü

2. 1 adet osiloskop

3. 1 kΩ, 150 Ω, 47 Ω direnç

4. 100 nF kondansatör, 100 mH bobin


1. Şekil 7’teki devreyi kurunuz.

A

B

C

R1=1 KΩ

R1=47 Ω

C=100 nF

1 kHz

A

B

C

R1=47 Ω

R1=150 Ω

L=100 mH

50 kHz

Şekil 7 Şekil 8

2. Devreye gerilim kaynağı olarak sinyal jeneratörünü bağlayınız. Sinyalin biçimini kare dalga

frekansını …Hz üst gerilim değerini 5 V, alt gerilim değerini 0 V ayarlayınız.

3. Osiloskopun birinci kanalını A noktasına bağlayarak kaynağın ürettiği sinyali, ikinci kanalını

B noktasına bağlayarak kondansatörün gerilimi gözlemleyiniz. Ölçekli olarak Tablo 1’e

çiziniz. Gerilim değerlerini yazınız.

4. Osiloskopun birinci kanalını B noktasına bağlayarak kondansatörün gerilimi, ikinci kanalını

C noktasına bağlayarak direncin gerilimini gözlemleyiniz. Ölçekli olarak Tablo 2’ye çiziniz.

Gerilim değerlerini yazınız.

5. Şekil 8’teki devreyi kurunuz ve 2. 3. 4. Adımlardaki işlemleri uygulayınız. Elde edilen

değerleri Tablo 3 ve 4’e kaydediniz.

Tablo 1 Tablo 2

Tablo 3 Tablo 4

4. Raporda İstenenler

Deneyin raporunda bu deneyin amacı ve öğrenilenlere ek olarak aşağıdaki sorular

cevaplandırılacaktır.

1) Zaman sabitesi nedir? Devrelerin zaman sabitesini bulunuz.

DENEY 5: ALÇAK GEÇİREN FİLTRE

1. Açıklama

Pratikte çok önemli bir saha da direnç, bobin ve kapasite içeren alternatif akım devrelerinin vereceği tepkilerle ilişkilidir. Kapasite elemanımız yüksek frekanslarda kısa devre gibi alçak frekanslarda ise açık devre gibi davranırken bobin elemanımız yüksek frekanslarda açık devre gibi, alçak frekanslarda kısa devre gibi davranır. Elemanların bu özelliklerinden faydalanılarak filtre tasarımı yapılabilir. Genel anlamda bir filtre devresini alternatif akım sinyallerini belirli frekanslarda tamamen geçiren, diğer frekanslarda az veya çok zayıflatarak geçiren elektrik devresi olarak tanımlayabiliriz. Örneğin bir sistemden almak istediğimiz işarete farklı frekanstaki işaretler karışıyorsa ve kendi işaretimizi istiyorsak karışan frekansı engelleyecek ve çıkıştan yalnızca kendi işaretimizi almamıza imkan sağlayan filtre devresi tasarlanabilir.

A

R

CVin Vout

Şekil 1. Alçak geçiren filtre

İdeal alçak geçiren filtreler: Bu tip filtre devreleri ideal durumda sıfırdan başlamak üzere belirli bir fc

kesim frekansına kadar olan tüm frekanslarda alternatif akım sinyallerini herhangi bir zayıflatmaya

tabi tutmadan ileten fc frekansından büyük frekanslardaki işaretleri hiç iletmeyen devrelerdir.

İdeal olmayan alçak geçiren filtreler: İdeal bir süzgecin gerçekleştirilebilmesi fiziksel olarak olanaksızdır. Bu filtrelerde sinyalin frekansı arttıkça iletim azalmaktadır. Kesim frekansından sonrasını süzgeç geçirmiyor kabul edilmektedir.

Kesim frekansı: Çıkış geriliminin tepe değerinin girişin 1/ değerine düştüğü noktadır. bir başka

ifade ile yükte harcanan gücün yarıya düştüğü frekanstır.

Şekil 2. a)ideal alçak geçiren filtre cevabı. b)ideal olmayan alçak geçiren filtre cevabı.


1. 1 adet sinyal jeneratörü

2. 1 adet osiloskop

3. Direnç kutusu

4. Kondansatör kutusu


1. Devreye gerilim kaynağı olarak sinyal jeneratörünü bağlayınız. Sinyalin biçimini sinus, gerilim değerinin Vpp=10 V ayarlayınız.

2. Şekil 1’deki devreyi kurunuz. R=1 kΩ, C=100 nF olarak ayarlayınız. Frekans değerlerini sırasıyla

100 Hz, 300 Hz, 500 Hz, ……, 2,1 kHz, 3 kHz, 4 kHz,……, 10 kHz olarak ayarlayarak osiloskopun

birinci kanalını A noktasına bağlayarak çıkış geriliminin tepe değerlerini tespit ediniz

(osiloskopu measure çalışma moduna alınız, birinci kanal için Vmax gösterecek şekilde

ayarlayarak tepe değerlerini tespit ediniz) ve frekansa karşılık tepe değerleri değişimini

gösteren grafiği oluşturunuz (tablo 1). Kesim frekansını işaretleyiniz.

3. C=100 nF f=100 hz ayarlayınız. Direnç değerlerini 1 kΩ, 3 kΩ, ……., 21 kΩ, 30 kΩ, ..….., 100 kΩ

olarak ayarlayarak çıkış geriliminin tepe değerlerini tespit ediniz ve dirence karşılık gerilim

tepe değerleri grafiğini oluşturunuz (tablo 2). Kesim noktasındaki direnç değerini tespit

ediniz.

4. R=1 kΩ f=100 hz ayarlayınız. Kondansatör değerlerini 100 nF, 300 nF, ………., 2,1 µF, 3 µF,

………, 10 µF olarak ayarlayarak çıkış geriliminin tepe değerlerini tespit ediniz ve kapasitansa

karşılık çıkış gerilimi tepe değeri değişimini gösteren grafiği oluşturunuz (tablo 3). Kesim

noktasındaki kondansatör değerini tespit ediniz.

Tablo 1

Tablo 2

Tablo 3

Documents

VR ANALİZİ NY ÖYÜ 2013-2014muh.karabuk.edu.tr/bilgisayar/devre_lab/DeneyFoyu.pdf · Thevenin teoremi ile herhangi bir karmaşık devre; bir gerilim kaynağı ile seri bir dirence