Doğru Akım Devre Analizi/Devre Elemanları

Eğitim seviyesi
Bu öğrenim kaynağı yükseköğrenim (üniversite) seviyesindedir.

Elektrik devreleri üzerindeki elemanlar aktif ve pasif devre elemanları olmak üzere ikiye ayrılırlar.

Aktif Devre Elemanları

Batarya, akü, işlemsel yükselteç, güç kaynakları gibi enerji üreten elemanlardır. Bağımlı ve bağımsız kaynaklar olmak üzere ikiye ayrılırlar.

Bağımlı Kaynaklar

Sağladığı akım ve gerilim devredeki diğer elemanların sağladığı akıma ve gerilime göre ayarlanır.

Bağımsız Kaynaklar

Akımı ve gerilimi devredeki diğer elemanlardan bağımsız olarak sağlar.

Pasif Devre Elemanları

Bobin, direnç, endüktans, kondansatör, osilatör gibi devre üzerinde yer alan, enerjiyi depolayan veya tüketen elemanlardır.

Bobin

Bobin konusunu Vikipedi'de de okuyabilirsiniz.

Self olarak da bilinir. Makara, madren veya karkas olarak adlandırılan, plastik, seramik gibi yalıtkanlar üzerine spiral, helezon, düz veya petek şeklinde sarılan tellerden (sargı tipi) oluşan devre elemanıdır. Bu teller bakır veya gümüş teller, ya da litz teli olarak adlandırılan ipekle yalıtılmış tellerdir. Sıcaklıkla değişen değerleri sebebiyle çok kararlı devrelerde kullanılmazlar.

Direnç

Direnç konusunu Vikipedi'de de okuyabilirsiniz.

Rezistör olarak da bilinir, akımın akışına direnç gösterir. Malzeme yapısı $R={\tfrac {\rho ^{L}}{A}}$ şeklinde ifade edilir:

$\rho$ : Malzemenin iletkenliği

$L$ : Malzemenin uzunluğu

$A$ : Malzeme kesitinin alanı

Devre üzerinde dört veya beş çizgili renklerde bulunan, direnç değeri ( $\Omega$ , ohm) bu renkler tarafından belirlenen devre elemanlarıdır. Renkler ve omaj değerleri şu şekildedir:

*: Dört renkli dirençler hariç, bu dirençlerde 3. çizgi çarpan, 4. çizgi tolerans ya da hata payıdır
Renk	1. çizgi	2. çizgi	3. çizgi*	4. çizgi (çarpan)	5. çizgi (tolerans veya hata payı)
Siyah	0	0	0	10⁰
Kahverengi	1	1	1	10¹	±1%
Kırmızı	2	2	2	10²	±2%
Turuncu	3	3	3	10³
Sarı	4	4	4	10⁴
Yeşil	5	5	5	10⁵	±0.5%
Mavi	6	6	6	10⁶	±0.25%
Mor	7	7	7	10⁷	±0.01%
Gri	8	8	8	10⁸	±0.05%
Beyaz	9	9	9	10⁹
Altın				10^-1	±5%
Gümüş				10^-2	±10%
(çizgi yok)					±20%

Renklerin sırası "sokakta sayamam gibi ama görürüm" cümlesi yardımıyla ezberlenebilir.

Direnç değeri dört çizgililerde $(A^{10}+B)*C$ , beş çizgililerde $(A^{100}+B^{10}+C)*D$ olarak hesaplanır.

Örnek 1: Dört çizgili turuncu-yeşil-sarı-altın renkli direncin değeri nedir?

Çözüm 1: (3¹⁰+5) * 10⁴

= (30+5) * 10000

= 35 * 10000

= 350000

= 350kΩ ±5%

Örnek 2: Beş çizgili kırmızı-sarı-yeşil-sarı-gümüş renkli direncin değeri nedir?

Çözüm 2: (2¹⁰⁰+4¹⁰+5) * 10³

= (200+40+5) * 1000

= 245 * 1000

= 245000

= 245kΩ ±10%

Ohm yasası: Direnç uçlarındaki gerilim, direncin içinden akan akımla doğru orantılıdır. $V=I(t)*R$ şeklinde ifade edilir.

Endüktans

Endüktans konusunu Vikipedi'de de okuyabilirsiniz.

Bir endüktansın üzerinden akan akımın zamana göre türevinin endüktans değerine çarpımı endüktans üzerindeki gerilimi ifade eder. Birimi Henry (H)'dir.

$V=L{\tfrac {dI}{dt}}$

$I={\tfrac {1}{L}}\int Vdt+I(0)$

Kondansatör

Kondansatör konusunu Vikipedi'de de okuyabilirsiniz.

Kapasitör olarak da bilinir, devre üzerinde $C$ ile gösterilir. Elektronların kutuplanarak elektrik yükünü içerisinde depolayabilme özelliğinden faydalanılarak bir yalıtkan malzemenin iki metal tabaka arasına yerleştirilmesiyle oluşan temel elektrik-elektronik devre elemanıdır. Kondansatörler arasındaki farkları oluşturan ve tüketici için seçme olanağı sunan iki değişkeni bulunmaktadır. Bu değişkenler kondansatörün gerilim ve kapasite değerleridir ve her kondansatörün üzerinde belirtilir.

Kondansatörün kapasitesi $F$ (farad) cinsinden belirtilir. Çarpanları (tolerans) ve değerlerinin bazıları aşağıda verilmiştir:

GF (gigafarad)	MF (megafarad)	kF (kilofarad)	hF (hektofarad)	daF (dekafarad)	F (farad)
10⁹	10⁶	10³	10²	10¹	10⁰
dF (desifarad)	cF (santifarad)	mF (milifarad)	µF (mikrofarad)	nF (nanofarad)	pF (pikofarad)
10^-1	10^-2	10^-3	10^-6	10^-9	10^-12

Örnek: 2.2µF = 0.0000022 F

Osilatör

Osilatör konusunu Vikipedi'de de okuyabilirsiniz.

Elektrik devrelerinde sinüs, üçgen, kare veya testere dalgası sinyali veren devre elemanıdır. LFO'lar (Low Frequency Oscillator / Düşük Frekanslı Osilatör) 0.1 hz ile 10 hz yüksekliğinde dalgalar üretirler. Devrelere güç sağlamak için doğru akımı yüksel güçte alternatif akıma çeviren osilatörlere invertör adı verilir.

Transistör

Transistör konusunu Vikipedi'de de okuyabilirsiniz.

Geçirgeç olarak da bilinir. Girişine uygulanan sinyali yükselterek akıma veya gerilime çeviren, anahtarlama elemanı olarak da kullanılabilen yarı iletken devre elemanıdır.

Transistörün farklı çeşitleri bulunmaktadır:

BJT (Bipolar Junction Transistor / Bipolar bağlantı transistörü)
FET (Field Effect Transistor / Alan etkili transistör)
JFET (Junction Field Effect Transistor / Birleşim yüzeyli alan etkili transistör)
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor / Metal oksit yarı iletken alan etkili transistör)

BJT

Çift birleşim yüzeyli BJT transistörler NPN ve PNP olmak üzere iki çeşittir. B (Base), C (Collector) ve E (Emitter) olmak üzere üç kutbu bulunmaktadır.

NPN transistörlerde B kutbu pozitif, C ve E kutupları ise negatif kristalden oluşur. PNP transistörlerde ise tam tersidir.

NPN transistörlerde E kutbu topraklı olarak kullanılırsa negatif, C kutbu ise pozitif polarize edilir. İletim yapılabilmesi için B kutbunun E'ye göre daha pozitif, gerilim farkının ise 0.7 (silisyum) / 0.3 (germanyum) veya daha fazla olması gerekir.

PNP transistörlerde E kutbu montaj esnasında pozitif, C kutbu ise negatif polarize edilir. İletime geçmesi için B kutbunun daha negatif olması gerekmektedir.

FET

FET konusunu Vikipedi'de de okuyabilirsiniz.

Elektrik akımını kullanarak akımı kontrol eder. Yapısı bir iletken, bir yalıtkan ve bir de yarı iletkenden oluşmaktadır. Genellikle sayısal devrelerde kullanılmaktadır.

JFET

JFET konusunu Vikipedi'de de okuyabilirsiniz.

JFET transistörler N kanallı ve P kanallı olmak üzere iki çeşittir. Üç farklı ucu bulunmaktadır:

G (Gate)
D (Drain)
S (Source)

N kanallı JFET'ler iki P ve bir N maddesinden oluşur. G ucuna gerilim uygulandığında D ve S uçlarındaki akım artar, direnç azalır.

P kanallı JFET'ler ise iki N ve bir P maddesinden oluşmakta, N kanallı JFET'ler ile aynı şekilde çalışmaktadır. G ucuna gerilim uygulandığında etkisi N kanallı JFET'lere göre tam tersidir; D ve S uçlarındaki akım azalır, direnç artar.

MOSFET

MOSFET konusunu Vikipedi'de de okuyabilirsiniz.

Sayısal ve analog devrelerde en sık bulunan transistörlerdir. Bir çok yönden JFET'e benzerlik gösterse de, JFET'lerde G (Gate) ucu ters polarlı bir PN oluştururken, MOSFET'lerde böyle bir durum yoktur. MOSFET'lerin G (Gate) ucu D (drain) ile S (source) uçları arasındaki bölgenin üzerine silikon dioksit üzerinde metal plakadan (Gate elektrodu da denir) oluşmaktadır. Buradaki silikon dioksit ( $SiO_{2}$ ) yalıtkan maddedir. Bu madde metal oksit ve yarı iletken bir gate (kapı) oluşturur; MOSFET ismi buradan gelmektedir.