... konulu sunumlar: "Gömülü Sistemler Konu II: Temel Elektronik Bilgisi"— Sunum transkripti:
1 Gömülü Sistemler Konu II: Temel Elektronik Bilgisi Arş. Gör. Rifat KurbanErciyes Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü
2 Gömülü SistemlerBlok diyagramlarKompleks devreleri anlamak ve tasarlamak için küçük parçalara ve bloklara bölünür.Diyagramdaki her bir blok farklı bir fonksiyonu yerine getirir ve birbirlerine bağlıdırlar.Bloklarda fonksiyonun içi gösterilmez, sadece giriş ve çıkışları ifade edilir.Devrelere bu şekilde bakış açısına sistem yaklaşımı adı verilir.Güç kaynağı veya batarya bağlantıları genelde blok diyagramlarda gösterilmez.
3 Blok Diyagramlar - II Ses kuvvetlendirme sistemi Gömülü SistemlerBlok Diyagramlar - IISes kuvvetlendirme sistemiMikrofon: sesi voltaja çeviren bir sensördür.Pre-amplifier: küçük ses işaretlerini kuvvetlendirir.Ton ve Volüm kontrolleri: sesin özelliklerini ayarlar.Power amplifier: ses işaretinin gücünü artırırLoudspeaker: Hoparlör, voltajı sese dönüştürür.
4 Blok Diyagramlar - III Geribeslemeli kontrol sistemleri Gömülü SistemlerBlok Diyagramlar - IIIGeribeslemeli kontrol sistemleriSensor: kontrol edilen değişkenin durumunu elektriksel işarete çevirirSelector: Çıkışın olması istenen durumunu ayarlar.Control circuit: arzulanan durum ile sensor’den gelen o anki durumu karşılaştırır ve çıkışa komut verir.Output transducer: elektriksel işareti kontrol edilen niceliğe çevirir.Controlled quantity: elektriksel olmayan bir niceliktir. Ör: motor hızı, oda sıcaklığı, kazan basıncı gibi.Feedback path: mevcut durumun geribeslenmesi.
5 Devre şemaları (circuit diagrams) Gömülü SistemlerDevre şemaları (circuit diagrams)Kullanılan eleman için doğru sembolü seçtiğinizden emin olun.Kabloları çizerken düz çizgiler kullanın.Kablolar arasındaki jonksiyonlara büyük bir nokta koyun.Kapasitör ve direnç gibi elemanların değerlerini kenarlarına yazın.+ beslemeyi yukarıya, - beslemeyi veya toprağı aşağıya doğru çizin.
6 Seri ve paralel bağlama Gömülü SistemlerSeri ve paralel bağlamaAkım aynıVoltaj aynıANDOR
7 Voltaj sebepdir (cause), akım ise sonuçtur (effect) Gömülü SistemlerVoltaj ve akımVoltaj sebepdir (cause), akım ise sonuçtur (effect)Bir akım akması için voltaj girişimde bulunur ve devre tamamsa akım akar.Voltaj ve akımVoltaj var akım yokVoltaj yok akım yok
8 Gömülü SistemlerVoltaj, VBir şarj tarafından taşınan enerjidir. energy per unit chargeDoğru adı potansiyel fark’tır.Batarya veya güç kaynağından temin edilir.Elemanlar tarafından kullanılır. (kablolar değil)Voltaj aslında iki nokta arasındaki potansiyel farktır. Ama elektronikte bir noktadaki voltaj derken o noktanın 0V’a göre farkı kastedilir.0V devrede herhangi bir nokta olabilir ama genelde bataryanın – (negatif) ucu 0V – GND yani toprak seçilir.
9 Şarjın akışının oranıdır. Rate of flow of charge Gömülü SistemlerAkım, IŞarjın akışının oranıdır. Rate of flow of chargeElemanlar tarafından kullanılmaz, sadece içinden akar.Birimi Amper’dir ve ampermetre yardımıyla devreye seri bağlanarak ölçülür.
10 Gömülü SistemlerMultimetrelerÇok kullanışlı ölçüm ve test ekipmanlarıdır. Üzerlerindeki anahtarı uygun kademeye getirerek ampermetre, voltmetre veya ohmmetre olarak kullanılabilir.mV ve µA hassasiyetli multimetreler küçük projelerde yeterli olur.Siyah olan prob GND veya COM girişine bağlanır ve referans voltajı belirler.Kırmızı olan prob ise voltaj ölçülecekse voltaj girişine, akım ölçülecekse akım girişine bağlanır. Bazı avometrelerde yüksek akım için de ayrı bir giriş bulunabilir (10A)Ölçümden önce anahtarı uygun kademeye ve ölçeceğiniz tahmini değerden bir büyük skalaya getiriniz. Ör: 20V’dan küçük bir DC gerilim ölçecekseniz avometre kademesini DC 20V kademesine getirmelisiniz.Voltmetre devreye paralel, ampermetre ise seri bağlanır.Direnci devre üzerindeyken ölçerseniz yanlış değerler okuyabilirsiniz.
11 Eğer paralel bağlıysa; Gömülü SistemlerDirenç, RElamanın akıma karşı gösterdiği dirençtir. Enerji voltaj olarak eleman uçları arasında harcanır ve ısıya dönüşür.Dirençler seri bağlanırsa bileşik direnç, dirençlerin toplamına eşit olur.Eğer paralel bağlıysa;
12 Gömülü SistemlerOhm kanunuV = voltage in volts (V) I = current in amps (A) R = resistance in ohms ( )V = voltage in volts (V) I = current in milliamps (mA) R = resistance in kilohms (k )Ohm kanunu akım, voltaj ve direnç arasındaki ilişkiyi açıklar. Eğer direnç sıfırayakınsa akım sonsuza gider. Devre tasarımında besleme ile toprağı kısa devreyapmaktan kaçınmalıyız....
13 Güç ve enerji Güç, birim zamanda harcanan enerjidir. Gömülü SistemlerGüç ve enerjiGüç, birim zamanda harcanan enerjidir.Elektronik elemanlar mW mertebesinde güçler tüketir (LED 40 mW) fakat elektrik elemanları yüksek güç tüketirler (Kettle 3kW).Elemanlar üzerinde harcanan enerji genelde ısıya dönüşür.
14 AC, DC ve elektriksel işaretler Gömülü SistemlerAC, DC ve elektriksel işaretlerAC:alternatif akım, DC:doğru akım demektir. Ancak bu terimler hem akım hem de voltaj için kullanılır. Ör: 12V DC güç kaynağı.AC, + ve – yönlerde sinüs işareti şeklinde salınım yapar. Peryodik bir işaret olduğu için belli bir frekansı vardır ve Hz ile ölçülür. Ülkemizdeki şehir şebeke elektriği 220V 50 HZ AC’dir.DC işaretler durağan ve sabit bir değerdedir. Pek çok elektronik eleman DC kullanır.
15 Elektriksel işaretler Gömülü SistemlerElektriksel işaretlerAmplitude (peak voltage) : voltajın ulaştığı maksimum seviyedir.Peak-peak voltage: genliğin iki katıdır.Time period: İşaretin bir çevrimi tamamlamak için geçirdiği süredir.Frequency: Bir saniye içerisindeki çevrim sayısıdır.RMS voltaj: AC işaretle ile aynı işi yapacak DC voltaj karşılığıdır yani efektif değerdir.
16 Gömülü SistemlerOsiloskopBir test ve ölçü aracıdır. Elektriksel işaretleri grafiksel olarak ekranında gösterir.Yataydaki birim genişlikler time/div ile ayarlanır ve saniye cinsinden süreyi gösterir.Dikeydeki birim genişlikler volt/div ile ayarlanır ve voltaj cinsinden genliği gösterir.
17 Gömülü SistemlerGüç kaynağıÇok çeşitli güç kaynakları vardır. Çoğunluğu AC voltajları elektronik devrelerin ihtiyacı olan DC’ye çevirir.Transformatör: Yüksek AC gerilimi düşük AC gerilime dönüştürür.Doğrultucu: AC gerilimi değişken DC gerilime çevirir.Düzgünleştirme: Büyük riple etkisini azaltır.Regülatör: Riple etkisini tamamen bastırır ve DC çıkış işaretini üretir.
20 Giriş bobinine primary, çıkış bobinine ise secondary adı verilir. Gömülü SistemlerTransformatörAC elektrik işaretlerini çok az bir güç kaybı ile farklı AC genliklere çevirebilir.Giriş bobinine primary, çıkış bobinine ise secondary adı verilir.Transformatörün girişi ve çıkışındaki güç eşittir.
21 Doğrultucu (Rectifier) Gömülü SistemlerDoğrultucu (Rectifier)Köprü tipi diyot doğrultucu ile AC işaretler tam dalga doğrultulur.Köprü üzerinde 1.4V düşüş olur.
22 Düzgünleştirme (Smoothing) Gömülü SistemlerDüzgünleştirme (Smoothing)Yüksek sığalı bir elektrolitik kapasitör ile gerçekleştirilir.AC işaret doğrultulduğu zaman diyotların FVD’sinden dolayı 1.4V düşüş olur. Kapasitör ile düzgünleştirme işleminden sonra RMS çıkışta 1.4 kat artış olur.
23 Gömülü SistemlerRegülatörVoltaj regülatörleri sabit DC çıkış veren entegrelerdir. 5,8,12,18V gibi çıkışlar üretirler.7805 entegresi 1A’lik 5V çıkış verir. Max giriş voltajı 30V’dur. Yüksek akım çekilecekse bir soğutucu (heatsink) ile kullanılmalıdır.
24 Algılayıcılar ve transduserler Gömülü SistemlerAlgılayıcılar ve transduserlerTransduser, bir işareti bir formdan diğer bir forma çeviren aygıttır. Pek çok elektronik devre giriş ve çıkış transduserleri kullanırlar.Giriş algılayıcıları, çeşitli nicelikleri elektrik voltajına çevirirler. LDR ışığı, termistör ısıyı, mikrofon sesi, değişken direnç açıyı voltaja çevirir.Çıkış transduserleri elektrik voltajını çeşitli niceliklere çevirirler. Elektriği; lamba ve LED ışığa, hoparlör sese, motor harekete, rezistans ısıya çevirir.
25 Gömülü SistemlerVoltaj bölücüBirbirine seri bağlı R1 ve R2 dirençleri üzrerinden geçen bir voltaj ile R1 ve R2 arasından bölünmüş voltaj elde edilir.
26 Transistör BJT ve FET çeşitleri vardır. Gömülü SistemlerTransistörBJT ve FET çeşitleri vardır.BJT’ler NPN ve PNP olarak iki tiptir.Düşük base akımı, yüksek collector akımını kontrol eder.
27 Gömülü SistemlerTransistör - IITransistörün fonksiyonel modelinde Base-Emitter arası bir diyot gibi davranır.Vbe 0.7V üzerinde olduğunda Ib akımı akar.Küçük Ib akımı yüksek Ic akımını kontrol eder.hFE akım kazancıdır.Collector-Emitter direnci olan Rce, Ib tarafından kontrol edilir.Ib=0 ise Rce sonsuzdur ve transistör kesimdedir.Ib=küçük bir değer ise transistör kısmi olarak çalışmaktadır (aktif bölgededir)Ib=büyük bir değer ise transistör tamamen açık durumdadır (saturasyon)Base’e seri bir direnç bağlanarak Ib akımı sınırlandırılmalıdır aksi takdirde transistör zarar görebilir.Ic akım kazancı transistörün hFE’sine bağlıdır ancak maksimum limiti harici güç kaynağı tarafından belirlenir.
28 Gömülü SistemlerTransistör - IIIDarlington çifti, iki transistörün birbirine kaskad bağlanması ile elde edilir.İlk transistörün çıkışı ikinci transistör ile tekrar kuvvetlendirilir.Toplam kazanç, iki transistörün kazançlarının çarpımına eşittir.Dokunmatik anahtarlar darlington çifti kullanılarak yapılabilir.
30 Analog ve Sayısal sistemler Gömülü SistemlerAnalog ve Sayısal sistemlerAnalog işaretler, bir mikrofonun ya da LDR’nin çıkışı olabilir.Analog ses kuvvetlendiricileri.Dünyadaki tüm fiziksel nicelikler analogdur.Ancak gömülü sistemler sayısal olarak çalışır.Sayısal devreler lojik 0 ve 1’i kullanır.Analog işaretler sayısal sistemlere aktarılırken ADC yardımı ile dönüşüm yapılır.
31 Gömülü SistemlerEmpedans ve reaktansEmpedans, bir devrenin akıma karşı gösterdiği toplam dirençdir. Rezistans’a çok benzer fakat indüktans ve kapasitans etkilerini de içerir. Z ile gösterilir birimi ohm’dur.İndüktans ve kapasitans etkileri frekansa bağlı olduğu için empedans da frekansa bağlıdır.Empedans (Z) iki bileşenden oluşur: rezistans (R) ve reaktans (X).Reaktans, indüktansın ve kapasitansın AC işaretlerdeki direnç etkisidir.
32 Gömülü SistemlerEmpedans - IIGiriş empedansı (Zin), bir devrenin girişine bağlanan herhangi bir şey tarafından görülen empedanstır. Giriş empedansı genelde yüksektir.Çıkış empedansı genelde düşüktür. Eğer yük ile aynı ya da daha büyük olursa çıkış voltajı büyük oranda düşer.