DENEY 1- LABORATUAR ELEMANLARININ TANITIMI VE DC AKIM, DC GERİLİM, DİRENÇ ÖLÇÜMLERİ VE OHM KANUNU
1.1. DENEYİN AMAÇLARI
Ölçü aletleri, Breadboardlar ve DC akım gerilim kaynaklarını kullanmak
Sayısal multimetre kullanarak DC gerilim, DC akım ve direnç ölçümleri yapmak.
Ohm kanununu deneysel olarak doğrulamak
Deneyin simülasyon çalışmasını yapmak
1.2. TEORİK BİLGİ
Ölçü Aletleri
Elektrik devrelerinde kullanılan ölçü aletleri bir ekranda dalga şekli gösteren ya da sayısal değer gösteren ölçü aletleri olarak sınıflandırılabilir. Dalga şekli gösteren ölçü aletlerine osiloskop denilir. Osilaskopların (filtre karakteristiği vb. için geliştirilmiş) özel türleri de vardır. Sayısal değer gösteren geleneksel ölçü aletleri ise bir skala ve bu skala üzerinde hareket eden ibreden oluşur. Bu tür ölçü aletlerine analog ölçü aleti denilir. Analog ölçü aletleri ibreyi çalıştıran mekanizmaya bağlı olarak, döner demirli, döner mıknatıslı, elektrostatik, elektrodinamik gibi adlarla bilinir. Ancak günümüzde analog ölçü aletleri yerlerini sayısal ölçü aletlerine bırakmışlardır. Sayısal ölçü aletlerinde değerler bir LED ekranda gösterilmektedir
Voltmetre ve Ampermetrenin Devreye Bağlanması:
Şekil 1.1: Ampermetre ve Voltmetrenin Devreye Bağlanması
Avometre ve Multimetre
Akım, gerilim ve direnç ölçümü aynı ölçü aleti tarafından yapılabiliyorsa, bu ölçü aletine avometre adı verilir; bu üç ölçüme ek olarak başka özellikleri de olan (kapasitans, endüktans, diyot, transistör, frekans ve iletkenlik ölçümleri gibi) ölçü aletlerine multimetre denir. Multimetreler, analog ve sayısal olmak üzere iki tip olabilirler. Ölçülen değeri bir ölçek üzerinde sapabilen ibre (ya da benzeri bir mekanik hareket) ile gösteren ölçü aletlerine analog ölçü aletleri denir. Ölçülen değeri sayısal bir gösterge üzerinde sayısal olarak gösteren ölçü aletlerine ise sayısal ölçü aletleri adı verilir (sayısal multimetre gibi).
Gerilim ölçmek için voltmetre, avometre, sayısal multimetre ya da osiloskop kullanılabilir. Bunun için öncelikle, kullanılacak ölçü aleti DC VOLT konumuna getirilmeli ve ölçülecek gerilimin genlik değerine uygun yaklaşık bir referans seçilmelidir.
DC Akım Ölçümü
Akım ölçmek için ampermetre, avometre ya da sayısal multimetre kullanabiliriz . Bunun için öncelikle, kullanılacak ölçü aleti DC AMPER konumuna getirilmeli ve ölçülecek akımın genlik değerine uygun yaklaşık bir referans seçilmelidir.
Direnç Ölçümü
Direnç ölçmek için kullanılan ölçü aletlerine Ohmmetre denir. Direnç ölmek için Ohmmetre veya Ohm konumuna ayarlanmış bir multimetre kullanılabilir. Direnci ölçülecek elemanın ölçümü yapılırken, ölçmenin doğruluğu bakımından devre ile bağlantısının olmaması gerekir. Eğer ölçme analog bir ölçüm aleti ile yapılacaksa, ölçme aletinin kutupları birbirine değdirilerek sıfır konumunu alıp almadığı kontrol edilerek ölçü aletinin sağlamlığı araştırılmalıdır. Direnç değeri yaklaşık olarak biliniyorsa buna uygun bir erim seçilmeli, eğer bilinmiyorsa ölçü aleti üzerindeki en yüksek erimden başlanmalı ve doğru erimi bulana kadar azaltılmalıdır. Ölçü aletinin iki kutbu direnci boşta olan iki ucuna sıkıca temas ettirilir, bu esnada ölçümü yapan kişi ölçü aletinin en fazla bir kutbuna dokunmalıdır, aynı anda iki kutbuna birden dokunduğunda ölçüm sonucu hatalı olacaktır. Ölçme eğer analog olarak yapılıyorsa ibrenin gösterdiği değerle ölçü aletinin daha öncede belirlenmiş olan değerleri ile çarparak direnç değeri bulunabilir. Aşağıda örnek çizelgede bu gösterilmiştir.
Çizelge 1.1: SEW marka ST-3502 model multimetre için çarpan değerleri
Erim
Çarpan
Maks. Ölçüm
Şekil 1.2’ye göre ölçüm sonuçları
200 Ω
X 10 Ω
5 kΩ
11 × 10 Ω = 110 Ω
2000 Ω
X 100 Ω
50 kΩ
11 × 100 Ω = 1100 Ω
20 Ω
X 1k
500 kΩ
11 × 1 k Ω = 11 k Ω
200 Ω
X 10k
5 MΩ
11 × 10 k Ω = 110 k Ω
2000 Ω
X 100k
50 MΩ
11 × 100 k Ω = 1100 k Ω
20 Ω
X 1M
500 MΩ
11 × 1 M Ω = 11 M Ω
* Çarpan = Erim/20
Şekil 1.2: Analog ohmmetre göstergesi
Bazı analog ohmmetrelerde erimler çarpan değerleri olarak verilir (R×1, R×10, R×100, R×1k, R×10k erimleri gibi). Bu tür ohmmetrelerle yapılan direnç ölçümlerinde, örneğin, R×10 eriminde ölçüm yapıldıysa ve Şekil 1.2’deki ibre sapması elde edildiyse, ölçülen direncin değeri 11×10 =110 Ω’ dur.
Direnç Kodları Karbon dirençlerde direnç değeri ve tolerans dört renk bandı ile gösterilir. Karbon dirençler üzerindeki renk bantları Şekil 1.3’te gösterilmiş, renk kodları Çizelge 1.2’de verilmiştir. Şekil 1.3’den görüldüğü gibi, dört renk bandından üçü (A, B ve C) birbirine yakın, dördüncüsü (T) bu gruptan biraz uzaktır. A, B ve C renk bantları direncin değerini tanımlar, T renk bandı ise direncin toleransını tanımlar. Direncin toleransı değeri, üretimi hataları nedeniyle direnç değerinin üzerinde yazılı olan değerden yüzde kaç farklı olabileceğini gösterir. Örneğin, 100 Ω’luk bir direncin toleransı±%5 ise, direncin değeri büyük bir olasılıkla 95-105 Ω arasındır.
Renk bantlarından direnç de_erinin bulunması: Direnç Değeri = A B × 10C Ω
Direnç, tolerans renk bandı (T) sağ tarafa gelecek şekilde tutulur.
Soldan birinci ve ikinci renk bantlarının (A ve B) tanımladıkları sayılar yan yana sırasıyla yazılır.
A ve B bantlarının tanımladığı iki rakamın yanına üçüncü renk bandı (C) ile tanımlanan sayıkadar sıfır yazılır (ya da A ve B den elde edilen sayı 10C ile çarpılır). Elde edilen sayı ohmtüründen direnç değerini verir: R=AB×10C Ω.
Karbon dirençlerin tolerans değerleri Çizelge 1.2’de verilmiştir. Tolerans renk bandı altın rengi ise tolerans %5, gümüş rengi ise tolerans %10, tolerans renk bandı yoksa tolerans %20 demektir.
Şekil 1.3: Karbon Direnç Renk Kodları
Çizelge 1.2: Direnç Renk Kodları
Örnek: Renk bantları soldan sağa doğru sırasıyla, kırmızı, siyah, sarı ve gümüş renklerinde olan karbon direncin değerini bulunuz.
Direnç değeri: R = A B × 10C = Kırmızı Siyah × 10SARI = 20 × 104 = 200000 Ω = 200 kΩ
Direncin Toleransı: T = Gümüş = ± %10
Ohm Kanunu
Bu kanuna göre bir elektrik devresinde iki nokta arasındaki iletken üzerinden geçen akım, potansiyel farkla (örn. voltaj veya gerilim düşümü) doğru, iki nokta arasındaki dirençle ters orantılıdır.
=
(1.1)
Şekil 1.4’te Ohm kanunun uygulanabileceği en basit devre şekli verilmiştir. Ohm kanununa göre budevrede kaynaktan gelen gerilimin (V), direnç (R) ve akım (I) değerleri çarpımına eşit olması gerekmektedir.
Deneye gelmeden önce Şekil 1,5’teki devreyi Capture CIS Lite ile kurup bu föyde istenenleri programda yaparak sonuçları alınız. Direnç 1kΩ ile 10kΩ arasında herhangi bir değer seçilecek; kaynak ise 1V’tan 5V’a kadar arttırılarak akım değerleri ölçülecek.
1.4. DENEYİN YAPILIŞI
1. Bir direnç seçiniz ve bu direncin üzerindeki renk kodlarını okuyunuz ve ölçü aleti ile ölçünüz, okuduğunuz değerleri ve ölçülen değerlerini Tablo 1.1’e kaydediniz.
2. Şekil 1.5’de ki devreyi seçtiğiniz dirençle kurunuz.
Şekil 1.5: Akım ölçme devresi
3. Kurduğunuz devreye uygun bir gerilim uygulayarak direnç üzerinden geçen akım değerini ampermetre aracılığı ile ölçünüz.
4. Giriş gerilimini 5 kez kademeli olarak arttırarak 3. adımı tekrarlayınız.
5. Giriş gerilimleri ve bu gerilimlere karşılık değişen akım değerlerini Tablo 1.2’ ye kaydediniz.
1. Şekil 1.5’te verilen devredeki akımın değerini deneyde kullanılan direncin anma değeri ve uygulanan giriş gerilimlerine göre hesaplayıp, Tablo 1.3’e kaydediniz, akıma ilişkin bağıl hataları hesaplayınız.
2. Şekil 1.5’te verilen devredeki direnç değerlerini ölçülen akımın değerleri ve uygulanan giriş gerilimlerine göre hesaplayıp, Tablo 1.4’e kaydediniz, bağıl hataları hesaplayınız.
3. Şekil 1.5’te verilen devrede, alınan gerilim ve ölçülen direnç değerlerine göre hesaplanan akım değerleri arasındaki bağıntıyı gösteren grafiği çiziniz.
Tablo 1.3: Direnç anma değerine göre hesaplanan akım değerleri