Elektronik bileşenlerin tamamı, biri Aktif bileşenler ve diğeri Pasif bileşenler olmak üzere iki geniş kategoriye ayrılabilir. Pasif bileşenler, Direnç (R), Kapasitör (C) ve İndüktör (L) içerir. Bunlar elektronik devrede en çok kullanılan üç bileşendir ve bunları hemen hemen her uygulama devresinde bulacaksınız. Farklı kombinasyonlarda bir araya gelen bu üç bileşen RC, RL ve RLC devrelerini oluşturacak ve filtreleme devreleri, Tüp ışık bobinleri, multivibratörler vb. Gibi birçok uygulamaya sahip olacaklar. Bu nedenle bu eğitimde bu devrelerin temellerini, arkasındaki teoriyi öğreneceğiz. onları ve devrelerimizde nasıl kullanılacağını.
Ana konulara geçmeden önce bir devrede R, L ve C'nin ne yaptığını anlayalım.
Direnç: Dirençler "R" harfi ile gösterilir. Direnç, enerjiyi çoğunlukla ısı şeklinde dağıtan bir elementtir. Üzerinden akan sabit bir akım değeri için sabit kalan bir Gerilim düşüşüne sahip olacaktır.
Kondansatör: Kondansatörler “C” harfi ile gösterilir. Kapasitör, enerjiyi (geçici olarak) elektrik alanı şeklinde depolayan bir elementtir. Kondansatör, voltaj değişikliklerine direnir. Seramik kondansatör ve elektrolitik kondansatörlerin en çok kullanıldığı birçok kondansatör türü vardır. Tek yönde şarj olur ve ters yönde boşalır
İndüktör: İndüktörler "L" harfiyle gösterilir. Bir İndüktör de kapasitör ile benzerdir, aynı zamanda enerji depolar ancak manyetik alan şeklinde depolanır. İndüktörler, akım değişikliklerine direnç gösterir. İndüktörler normalde bobin sargılı bir teldir ve eski iki bileşene kıyasla nadiren kullanılır.
Bu Direnç, Kapasitör ve İndüktörler bir araya getirildiğinde, daha önce belirtildiği gibi birçok AC uygulamasında yararlı olacak zaman ve frekansa bağlı yanıtlar sergileyen RC, RL ve RLC devresi gibi devreler oluşturabiliriz. Bir RC / RL / RLC devresi bir filtre, osilatör olarak kullanılabilir ve çok daha fazlası, bu eğitimde her yönü ele almak mümkün değildir, bu nedenle bu eğitimde bunların temel davranışını öğreneceğiz.
RC / RL ve RLC devrelerinin Temel Prensibi:
Her konuya başlamadan önce, bir Direnç, Kondansatör ve bir İndüktörün bir elektronik devrede nasıl davrandığını anlayalım. Anlamak amacıyla, bir güç kaynağı (5V) ile seri halde bir kapasitör ve dirençten oluşan basit bir devreyi düşünelim. Bu durumda güç kaynağı RC çiftine bağlandığında, Direnç (Vr) üzerindeki gerilim maksimum değerine yükselirken kapasitör (Vc) üzerindeki gerilim sıfırda kalır, ardından yavaş yavaş kapasitör şarj oluşturmaya başlar ve böylece Direnç üzerindeki voltaj azalacak ve kondansatör üzerindeki voltaj, direnç voltajı (Vr) Sıfıra ve Kondansatör voltajı (Vc) maksimum değerine ulaşana kadar artacaktır. Devre ve dalga formu aşağıdaki GIF'de görülebilir.
Devrede gerçekte ne olduğunu anlamak için yukarıdaki görüntüdeki dalga formunu analiz edelim. Aşağıdaki resimde iyi örneklenmiş bir dalga formu gösterilmektedir.
Anahtar açıldığında, direnç üzerindeki voltaj (kırmızı dalga) maksimuma ulaşır ve kapasitördeki voltaj (mavi dalga) sıfırda kalır. Sonra kapasitör şarj olur ve Vr sıfır olur ve Vc maksimum olur. Benzer şekilde, anahtar kapatıldığında kapasitör deşarj olur ve bu nedenle Direnç boyunca negatif voltaj görünür ve kondansatör deşarj olurken hem kapasitör hem de direnç voltajı yukarıda gösterildiği gibi sıfır olur.
Aynısı indüktörler için de görselleştirilebilir. Kondansatörü bir indüktör ile değiştirin ve dalga formu sadece yansıtılacaktır, yani direnç üzerindeki voltaj (Vr) anahtar açıldığında sıfır olacaktır, çünkü tüm voltaj İndüktör (Vl) boyunca görünecektir. İndüktör voltajı (Vl) boyunca şarj ederken sıfıra ulaşacak ve direnç (Vr) üzerindeki voltaj maksimum voltaja ulaşacaktır.
RC devresi:
RC devresi (Direnç Kapasitör devre) bir Kapasitör oluşacak ve bir Direnç bir voltaj ya da akım kaynağına seri ya da paralel ya da bağlı. Bu tür devreler, en yaygın olarak filtreleme uygulamalarında kullanıldıkları için RC filtreleri veya RC ağları olarak da adlandırılır. Alçak geçiren, yüksek geçiren ve Bant Geçiren filtreler gibi bazı ham filtreler yapmak için bir RC devresi kullanılabilir. Bir birinci dereceden RC devresi tek Direnç ve bir Kondansatör oluşacak ve biz bu eğitimde aynı analiz edecek
RC devresini anlamak için, proteus üzerinde bir Temel devre oluşturmamıza ve nasıl davrandığını analiz etmek için yükü kapsam boyunca bağlayalım. Dalga formu ile birlikte devre aşağıda verilmiştir.
Bir RC devresi oluşturmak için 470uF'lik bir kapasitör ile seri olarak bilinen direnç 1k Ohm olan bir yükü (ampul) bağladık. Devre, 12V pil ile çalıştırılır ve devreyi kapatmak ve açmak için bir anahtar kullanılır. Dalga formu, yük ampulü boyunca ölçülür ve yukarıdaki resimde sarı renkte gösterilir.
Başlangıçta, anahtar açıkken, dirençli ampul yükü (Vr) boyunca maksimum voltaj (12V) görünür ve kapasitör üzerindeki voltaj sıfır olacaktır. Anahtar kapatıldığında, direnç üzerindeki voltaj sıfıra düşecek ve ardından kapasitör şarj edildiğinde voltaj, grafikte gösterildiği gibi maksimuma ulaşacaktır.
Kapasitörün şarj olması için geçen süre , "" tou'yu (Zaman sabiti) temsil eden T = 5Ƭ formülüyle verilir.
Kondansatörümüzün devrede şarj olması için geçen zamanı hesaplayalım.
Ƭ = RC = (1000 * (470 * 10 ^ -6)) = 0.47 saniye T = 5Ƭ = (5 * 0.47) T = 2.35 saniye.
Kapasitörün şarj olması için geçen sürenin 2,35 saniye olacağını hesapladık, aynısı yukarıdaki grafikten de doğrulanabilir. Vr'nin 0V'den 12V'a ulaşması için geçen süre, kapasitörün 0V'den maksimum gerilime şarj olması için geçen süreye eşittir. Grafik, aşağıdaki görüntüdeki imleçler kullanılarak gösterilmektedir.
Benzer şekilde, aşağıdaki formülleri kullanarak herhangi bir zamanda kapasitördeki voltajı ve herhangi bir zamanda kapasitörden geçen akımı da hesaplayabiliriz.
V (t) = V B (1 - e- t / RC) I (t) = I o (1 - e -t / RC)
Burada, V B akü voltajıdır ve I o devrenin çıkış akımıdır. T değeri, kapasitörün gerilim veya akım değerinin hesaplanması gereken zamandır (saniye cinsinden).
RL devresi:
RL Devresi (Direnç İndüktör devre) bir indüktör oluşacak ve bir Direnç tekrar seri ya da paralel ya da bağlı. Seri bir RL devresi voltaj kaynağı tarafından çalıştırılacak ve paralel bir RL devresi bir akım kaynağı tarafından çalıştırılacaktır. RL devresi yaygın olarak pasif filtreler olarak kullanılır, yalnızca bir indüktör ve bir kapasitör içeren birinci dereceden bir RL devresi aşağıda gösterilmiştir.
Benzer şekilde bir RL devresinde Kondansatörü bir İndüktör ile değiştirmeliyiz. Ampulün saf bir direnç yükü olarak hareket ettiği varsayılır ve ampulün direnci 100 ohm'luk bilinen bir değere ayarlanır.
Devre açık olduğunda, dirençli yük boyunca voltaj maksimum olacaktır ve anahtar kapatıldığında, bataryadan gelen voltaj, indüktör ve dirençli yük arasında paylaşılır. İndüktör hızlı bir şekilde şarj olur ve bu nedenle dirençli yük R tarafından ani bir voltaj düşüşü yaşanacaktır.
İndüktörün şarj olması için geçen süre T = 5Ƭ formülü kullanılarak hesaplanabilir , burada “Ƭ” tou'yu (Zaman sabiti) temsil eder.
İndüktörümüzün devrede şarj olması için geçen zamanı hesaplayalım. Burada 1mH değerinde bir indüktör ve 100 Ohm değerinde bir direnç kullandık.
Ƭ = L / R = (1 * 10 ^ -3) / (100) = 10 ^ -5 saniye T = 5Ƭ = (5 * 10 ^ -5) = 50 * 10 ^ -6 T = 50 u saniye.
Benzer şekilde, aşağıdaki formülleri kullanarak herhangi bir zamanda İndüktör üzerindeki voltajı ve herhangi bir zamanda İndüktörden geçen akımı da hesaplayabiliriz.
V (t) = V B (1 - e -tR / L) I (t) = I o (1 - e -tR / L)
Burada, V B akü voltajıdır ve I o devrenin çıkış akımıdır. T değeri, İndüktörün gerilim veya akım değerinin hesaplanması gereken zamandır (saniye cinsinden).
RLC Devresi:
Adından da anlaşılacağı gibi bir RLC devresi, seri veya paralel bağlanmış bir Direnç, Kondansatör ve İndüktörden oluşacaktır. Devre, Radyo alıcılarında ve televizyonlarda çok yaygın olarak kullanılan bir Osilatör devresi oluşturur. Ayrıca analog uygulamalarda damper devreleri olarak çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Birinci dereceden bir RLC devresinin rezonans özelliği aşağıda tartışılmıştır.
RLC devresi, seri rezonans devresinin, salınımlı devrenin veya ayarlanmış bir devre olarak adlandırılır. Bu devre, aşağıdaki resimde gösterildiği gibi bir rezonans frekans sinyali sağlama yeteneğine sahiptir.
Burada bir anahtar aracılığıyla 100u'luk bir C1 kondansatörü ve 10mH bağlı kalay serisinin bir İndüktörü L1 var. C ve L'yi birbirine bağlayan tel bir miktar iç dirence sahip olacağından, tel nedeniyle az miktarda direnç olduğu varsayılır.
Başlangıçta, kondansatörü akü kaynağından (9V) şarj etmek için anahtar 2'yi açık tutuyoruz ve anahtarı 1 kapatıyoruz. Daha sonra kondansatör şarj edildikten sonra anahtar 1 açılır ve ardından anahtar 2 kapatılır.
Anahtar kapanır kapanmaz, kapasitörde depolanan yük indüktöre doğru hareket edecek ve onu şarj edecektir. Kondansatör tamamen boşaldığında, indüktör kondansatöre geri deşarj olmaya başlayacaktır, bu şekilde yükler indüktör ve kondansatör arasında ileri ve geri akacaktır. Ancak, bu işlem sırasında ücretlerde bir miktar kayıp olacağından, yukarıdaki grafikte gösterildiği gibi, toplam ücret sıfıra ulaşana kadar kademeli olarak azalacaktır.
Uygulamalar:
Dirençler, İndüktörler ve Kapasitörler normal ve basit bileşenler olabilir, ancak RC / RL ve RLC devresi gibi devreler oluşturmak için bir araya getirildiklerinde, geniş bir uygulama yelpazesi için uygun hale getiren karmaşık davranışlar sergilerler. Birkaç tanesi aşağıda listelenmiştir
- İletişim sistemleri
- Sinyal işleme
- Gerilim / Akım büyütme
- Radyo dalgası vericileri
- RF yükselteçleri
- Rezonans LC devresi
- Değişken melodiler devreleri
- Osilatör devreleri
- Filtreleme devreleri