DENEY-1: ÇEVRE AKIMLARI VE DÜĞÜM GERİLİMLERİ YÖNTEMİ 1-a) Çevre Akımları Yönteminin Doğrulaması Amaç: Bir elektrik devresi için çevre akımları yönteminin doğrulanması. Gerekli Ekipmanlar: Ayarlı DA Güç Kaynağı, 2 adet Ampermetre, 1 ’er adet 1 kΩ, 2 kΩ, 3 kΩ Direnç, Dizilim Kartı, Bağlantı Kablosu. Teorik Bilgi: Çevre akımları bir elektrik devresinde en küçük kapalı devreyi oluşturan gözlerde hayali çevre akımları akıtarak Kirchhoff ’un gerilim yasası gereğince her bir göz için doğrusal denklemler elde etme prensibine dayalı bir yöntemdir. Elde edilen doğrusal denklemler bilinen Lineer Cebir teknikleri yardımıyla eşzamanlı bulunarak devrenin çözümlemesi gerçekleştirilir. Çevre akımları yöntemini uygulamak için aşağıdaki adımlar takip edilir: 1. Çevre akımlarını seçin 2. Kirchhoff ’un gerilim yasasını kullanarak her bir göz için lineer denklem sistemi oluşturun 3. Lineer denklem sistemini çözerek çevre akımlarını bulun Deneyin Yapılışı: Şekil 1’de gösterilen devre diyagramı devre dizilim kartına kurun. DA güç kaynağı açılarak devreyi besleyin. DA güç kaynağının gerilim değeri Çizelge 1’de verilen gerilim değerine ayarlanarak çevre akım değerlerini ölçüp kaydedin. Ölçülen değerleri hesaplanan değerlerle karşılaştırın ve yapılan ölçüm hatasını bulup deney raporunda oluşturacağınız çizelgede belirtin. R1=1kΩ, R2=2kΩ, R3=3kΩ Şekil 1. Ölçüm yapılacak devrenin şematik diyagramı Çizelge 1. Çevre akımlarının ölçüm ve teorik sonuçları 1 1-b) Düğüm Noktası Gerilimleri Yönteminin Doğrulaması Amaç: Bir elektrik devresi için düğüm noktası gerilimleri yönteminin doğrulaması. Gerekli Ekipmanlar: DA Güç Kaynağı, Ampermetre, Voltmetre, 5 adet 1 kΩ Direnç, Dizilim Kartı, Bağlantı Kablosu. Teorik Bilgi: Düğüm noktası gerilimleri çoğunlukla üç veya daha fazla elemanın bağlandığı noktalardaki gerilimlerin bulunması prensibine dayanan devre analizi yöntemidir. Eğer devre referans düğüm noktası dâhil N tane düğüm içeriyorsa o zaman (N-1) düğüm denklemi düğüm gerilimleri cinsinden ifade edilebilir. Daha sonra bu düğüm gerilimleri lineer denklem sistemi haline getirilerek eşzamanlı çözülür. Böylece düğüm noktalarındaki gerilimlerin bilinmesi ile devrenin çözümlenmesi yapılır. Düğüm noktası gerilimleri yöntemini uygulamak için aşağıdaki adımlar takip edilir: 1. Düğümleri belirleyip düğüm gerilimlerini atayın 2. Kirşof’un akım yasasını kullanarak düğüm gerilimleri cinsinden lineer denklem sistemi oluşturun 3. Lineer denklem sistemini eşzamanlı çözerek düğüm gerilimlerini bulun Deneyin Yapılışı: Şekil 2’de gösterilen devre diyagramı devre dizilim kartına kurun. DA güç kaynağı açılarak devreyi besleyin. DA güç kaynağının gerilim değeri Çizelge 2’de verilen gerilim değerine ayarlanarak düğüm gerilim değerleri ölçülerek kaydedin. Ölçülen değerleri hesaplanan değerlerle karşılaştırın ve yapılan ölçüm hatasını bulup deney raporunda oluşturacağınız çizelgede belirtin. Şekil 2. Ölçüm yapılacak devrenin şematik diyagramı Çizelge 2. Düğüm gerilimlerinin ölçüm ve teorik sonuçları 2 DENEY-2: THEVENIN TEOREMİNİN DENEYSEL OLARAK DOĞRULANMASI Amaç: Thevenin teoremini doğrulamak ve yük direnci üzerinden akan akımı bulmak. Gerekli Ekipmanlar: DA Güç Kaynağı, Ampermetre, Voltmetre, 1kΩ Dirençler, Dizilim Kartı, Bağlantı Kablosu. Teorik Bilgi: Thevenin teoremi, bir elektrik devresinin bir veya bir-kaç devre elemanının bağlı olduğu kola göre gerekli dönüşümler yapılarak gerilim kaynağı (VTH) ve ona seri bağlı bir empedans (ZTH) ile ifade eder. Eğer elektrik devresi doğru akım kaynakları ile enerjilendiriliyorsa ZTH değeri yerine RTH kullanılır. Elde edilen devre Thevenin eşdeğer devresi olarak adlandırılır. Thevenin eşdeğer gerilimi bulmak için devre elamanının veya elemanlarının çıkarıldığı koldaki gerilim değeri hesaplanır ve bu değer Tevenin eşdeğer gerilimi olarak alınır. Tevenin eşdeğer direnci ise bağımsız gerilim kaynakları kısa devre ve akım kaynakları açık devre edildikten sonra açık devre edilen kola göre hesaplanır ve bulunan değer Tevenin eşdeğer direnci olarak alınır. Böylece, Tevenin eşdeğer devresi elde edilir ve daha önce orijinal devreden çıkarılan koldaki eleman veya elemanlar bu devreye bağlanarak gerekli çözüm yapılır. Uygulama: • Şekil 1’de gösterilen devre diyagramını kullanarak Thevenin eşdeğer devresini teorik olarak elde edip ilgili koldan geçen akımı hesaplayın. Bulunan sonuçları ilgili çizelgeye kaydedin. • Şekil 2’de gösterilen devre diyagramı devre dizilim kartına kurularak Thevenin eşdeğer gerilimine karşılık gelen a-b uçlarındaki gerilim ölçün. • Şekil 3’te gösterilen devre diyagramı devre dizilim kartına kurarak a-b uçlarından geçen kısa devre akımını ölçün. • Ölçüm yoluyla Thevenin eşdeğer devresini elde etmek için ölçülen gerilim değerini ve akım değerine bölerek Thevenin eşdeğer direncini bulun. • Deneysel olarak elde edilen Thevenin eşdeğer devresini (Şekil 4) şematik olarak kurup 1kΩ ’luk dirençten geçen akımı ölçüp kaydedin. Daha sonra teorik sonuçlar ile deneysel sonuçları ilgili çizelge yardımıyla karşılaştırın Şekil 1. Teorik hesaplama için şematik devre diyagramı 3 Şekil 2. Tevenin eşdeğer gerilimini ölçen şematik devre diyagramı Şekil 3. Kısa devre akımını ölçen şematik devre diyagramı Şekil 4. Tevenin eşdeğer devresi ile a-b kolundan geçen akımı ölçen şematik devre diyagramı 4 DENEY-3: NORTON TEOREMİNİN DENEYSEL OLARAK DOĞRULANMASI Amaç: Norton teoremini doğrulamak ve yük direnci üzerinden akan akımı bulmak. Gerekli Ekipmanlar: DA Güç Kaynağı, Ampermetre, Voltmetre, 1kΩ Dirençler, Dizilim Kartı, Bağlantı Kablosu. Teorik Bilgi: Norton teoremi, bir elektrik devresinin bir veya bir-kaç devre elemanının bağlı olduğu kola göre gerekli dönüşümler yapılarak akım kaynağı (IN) ve ona paralel bağlı bir empedans (ZTH) ile ifade ede. Eğer elektrik devresi doğru akım kaynakları ile enerjilendiriliyorsa ZTH değeri yerine RTH kullanılır. Elde edilen devre Norton eşdeğer devresi olarak adlandırılır. Norton eşdeğer akımını bulmak için devre elamanının veya elemanlarının çıkarıldığı koldaki kısa devre akımı hesaplanır ve bu değer Norton eşdeğer akımı olarak alınır. Norton eşdeğer direnci Thevenin eşdeğer direnci ile aynı olup bağımsız gerilim kaynakları kısa devre ve akım kaynakları açık devre edildikten sonra açık devre edilen kola göre hesaplanır. Bulunan değer Norton veya Tevenin eşdeğer direnci olarak alınır. Böylece, Norton eşdeğer devresi elde edilir ve daha önce orijinal devreden çıkarılan koldaki eleman veya elemanlar bu devreye bağlanarak gerekli çözüm yapılır. Uygulama: • Şekil 1 ’de gösterilen devre diyagramını kullanarak Norton eşdeğer devresini teorik olarak elde edip ilgili koldan geçen akımı hesaplayın. Bulunan sonuçları ilgili çizelgeye kaydedin. • Şekil 2 ’de gösterilen devre diyagramı devre dizilim kartına kurularak Thevenin eşdeğer gerilimine karşılık gelen a-b uçlarındaki gerilim ölçün. • Şekil 3 ’te gösterilen devre diyagramı devre dizilim kartına kurarak a-b uçlarından geçen kısa devre akımını ölçün. Ölçülen bu akım değerini Norton eşdeğer akımı olarak alın. • Ölçüm yoluyla Norton eşdeğer devresini elde etmek için ölçülen gerilim değerini ve akım değerine bölerek Norton veya Tevenin eşdeğer direncini bulun. • Deneysel olarak elde edilen Norton eşdeğer devresini (Şekil 4) şematik olarak kurup 1kΩ ’luk dirençten geçen akımı ölçüp kaydedin. Daha sonra teorik sonuçlar ile deneysel sonuçları ilgili çizelge yardımıyla karşılaştırın. Şekil 1. Teorik hesaplama için şematik devre diyagramı 5 Şekil 2. Tevenin eşdeğer gerilimini ölçen şematik devre diyagramı Şekil 3. Kısa devre akımını ölçen şematik devre diyagramı Şekil 4. Norton eşdeğer devresi ile a-b kolundan geçen akımı ölçen şematik devre diyagramı 6 DENEY-4: SÜPERPOZİSYON TEOREMİNİN DOĞRULAMASI Amaç: Süperpozisyon teoreminin doğrulanması ve direnç üzerinden akacak akımın belirlenmesi. Gerekli Ekipmanlar: DA Güç kaynağı (0-15V), 1 kΩ ’luk direnç takımı, Ampermetre, Dizilim Kartı, Bağlantı Kablosu. Teorik Bilgi: Birden fazla kaynak içeren lineer bir devrede bir noktadan akan akımın ya da iki nokta arasındaki gerilim düşümünün belirlenmesi için her bir kaynağın etkilerinin -diğerleri devre dışı bırakılmak kaydı ile- yönlü olarak cebirsel toplamına Süperpozisyon Teoremi denilmektedir. Uygulama: Şekil 1’de gösterilen devre diyagramı devre dizilim kartına kurulur. DA güç kaynağı açılarak devre beslenir. Çeşitli devre analiz yöntemleriyle 1kΩ üzerinden akacak olan akım belirlenir. 10V’luk DA kaynak çıkarılarak şekil 2’de gösterilen devre kurulur ve 1 kΩ üzerinden akan I1 akımı ampermetre ile ölçülür. Bu akım değeri teorik olarak da hesaplanır. Daha sonra 12V’luk DA kaynak devreden çıkarılarak şekil 3’ teki devre kurulur ve 1 kΩ üzerinden akan I2 akımı ampermetre ile ölçülür. Bu akım değeri teorik olarak da hesaplanır. Son olarak şekil 1’deki devre kurularak her iki kaynak devrede iken 1 kΩ üzerinden akan I akımı ölçülür ve I1 ile I2 akımının toplam değerine eşit olup olmadığı gözlemlenir. Son olarak olması gereken I akımı teorik olarak hesaplanan I1 ve I2 akımlarının toplamına eşit olup olmadığı belirlenerek tüm değerler aşağıdaki tabloya kaydedilir. Şekil 1. Devrede tüm kaynaklar mevcut iken 7 Şekil 2. Devrede yalnızca 12V’luk kaynak mevcut iken Şekil 3. Devrede yalnızca 10V’luk kaynak mevcut iken Çizelge 1. Ölçümler ve Teorik Hesaplamalar 8 DENEY-5: MAKSİMUM GÜÇ TRANSFERİ TEOREMİNİN DOĞRULAMASI Amaç: Yük direncini temsil eden RL değerinin maksimum gücü alabilmesi için değerinin ne olması gerektiğinin belirlenmesi. Gerekli Ekipmanlar: DA Güç Kaynağı (0-30V), 2 Adet 1kΩ ’luk Direnç, 1kΩ ’luk Ayarlı Direnç, Ampermetre, Dizilim Kartı, Bağlantı Kablosu. Teorik Bilgi: Maksimum güç transferi teoremi kaynağa bağlı bir yüke maksimum güç aktarmak için yük direncinin/empedansının kaynak direncine/empedansına eşit olmasını gerektiğini ifade eder. Uygulama: Şekil 1’de gösterilen devre diyagramı devre dizilim kartına kurulur. DA güç kaynağı açılarak devre beslenir. Tevenin devre analiz yöntemiyle yük direnci uçlarından kaynak tarafına doğru bakıldığında görülen eşdeğer direnç (Thevenin eşdeğer direnci) değeri hesaplanır. Ayarlı direnç değeri Çizelge 1’de verilen direnç değerlerine ayarlanarak yükün çektiği güç değeri hesaplanır. Ayarlı direnç değeri son olarak hesaplanan Thevenin eşdeğer direncine ayarlanarak yükün çektiği güç değeri hesaplanır. Şekil 1. Maksimum Güç Transferi İçin Devre Seması Şekil 2. Eşdeğer Direnç Hesabı İçin Gerekli Devre Şeması 9 Çizelge 1. Direnç, Akım ve Güç Değerleri 10 DENEY-6: DOĞRU GERİLİM ALTINDA SERİ RC DEVRESİ VE GEÇİCİ OLAYLARIN İNCELENMESİ Amaç: DA uyartımı altında çalışan seri RC devresinin inceleyerek zaman sabitinin belirlenmesi, kapasitörün şarj ve deşarj olaylarının incelenmesi. Gerekli Ekipmanlar: DA Güç Kaynağı (0-15V), 1 Adet DA Voltmetre, 2 Adet Tek Kutuplu Mekanik Anahtar veya 1 Adet Ters Yönlü Anahtar, 4 Adet 10 kΩ ’luk Direnç, 4 Adet 1kΩ ’luk Direnç, 25V 1000 µF Elektrolitik Kapasitör, Dizilim Kartı, Bağlantı Kablosu. Teorik Bilgi: Kapasitör, üzerinde elektrik yükü biriktirerek elektrik enerjisi depolayan iki uçlu dinamik bir devre elemanıdır. Kapasitör elemanı doğru akım altında açık devre özelliği gösterirken alternatif akım altında ise kısa devre davranışı gösterir. Kapasitörden geçen akım i ile kapasitör uçlarında oluşan gerilim v arasındaki ilişki: bağıntıları ile verilir. DA altında çalışan seri bir RC devresinde (Şekil 1), 1 anahtarı kapatılıp 2 anahtarı açıldığında C kapasitörü R1 direnci üzerinden şarj olmaya başlar ve bir müddet sonra kapasitörden geçen akım yaklaşık olarak sıfır değerine ulaşır. Bu durum kapasitörün kaynak gerilimi değerinde şarj olduğunu ifade eder ve v(0) = 0 olması durumunda, kapasitör uçlarındaki gerilim olur. Şarj süresi, τ=RC zaman sabitine veya diğer bir deyişle devre elamanlarının değerine bağlı deşarj edilmesi için 1 anahtarı açılıp 2 anahtarı kapatılır. Bu durumda, kapasitörde depo edilen enerji yük üzerinde harcanarak sıfırlanır. Deşarj durumunda kapasitör uçlarındaki gerilim başlangıç koşulu v(0) = vS olmak kaydıyla ifadesi verilir. Deneyin Yapılışı: Şekil 1’de gösterilen devre diyagramı devre dizilim kartına kurulur. DA gerilim kaynağını 10V değerine ayarlayarak devreyi beslemeye hazır hale getirin. Daha sonra 1 anahtarını kapatıp 2 anahtarı açarak kapasitörün R1 direnci üzerinden şarj edin. Kapasitör şarj edilirken voltmetre ile ölçülen gerilimin yavaş yavaş yükseldiğini gözleyin ve kaynak gerilimi değerinde sabit kaldığını görün. Daha sonra anahtar 1. konumdan 2. konuma getirerek kapasitörün R2 direnci deşarj edilmesi sağlayın. 11 Deşarj sırasında voltmetreyi gözleyin ve voltmetrenin yavaş yavaş düştüğü görün. Şarj ve deşarj süreleri R ve C parametrelerine bağlıdır ve bu parametrelerin değişmesi bu süreleri etkiler. Bunun görülmesi için Çizelge 1 ve 2’de verilen direnç değerleri kullanılarak zaman sabitini hem hesaplayıp hem de bir süreölçer ile gözlemleyin. Elde edilen ölçüm sonuçlarını Çizelge 1 ve 2’ye kaydedin. Her bir direnç çiftine karşılık gelen şarj ve deşarj ifadelerini elde edip rapor için kullanın. Şekil 1. Seri RC devresinin incelenmesi için devre şeması. Çizelge 1a. Kapasitör şarjı esnasındaki hesap ve ölçüm sonuçları. Çizelge 1b. Şarj sırasında kapasitör geriliminin hesap ve ölçüm sonuçları. 12 Çizelge 2a. Kapasitör deşarjı esnasındaki hesap ve ölçüm sonuçları. Çizelge 2b. Deşarj sırasında kapasitör geriliminin hesap ve ölçüm sonuçları. 13
© Copyright 2024 Paperzz
