Bölüm 3 AC Devreler DENEY 3-1 AC RC Devresi DENEYİN AMACI 1. AC devrede, seri RC ağının karakteristiklerini anlamak. 2. Kapasitif reaktans, empedans ve faz açısı kavramlarını anlamak. GENEL BİLGİLER Saf bir dirence ac gerilim uygulandığında, akım uygulanan gerilimle aynı fazda olur. Bu yüzden direnç faz açısına sahip değildir ve basitçe R∠00 şeklinde yazılır. Saf bir kondansatöre ac gerilim uygulandığında ise, akım gerilimden 90o ileride olur. Bu yüzden kondansatör bir faz açısına sahiptir. Kondansatörün alternatif akım akışına karşı gösterdiği zorluğa kapasitif reaktans denir ve X ∠-900 ya da -jX olarak yazılır. C C X ’nin genliği X =1/2πfC=1/wC dir. C C AC kaynak gerilimi ile beslenen bir seri RC devresi, Şekil 3-1-1'de gösterilmiştir. Bu devrenin empedansı şu şekilde ifade edilir: Z = Z1 + Z2 = R∠00 + X ∠-900 T C Devredeki akım, I = E / Z (akım, gerilimden ileridedir) T R'nin üzerindeki gerilim, E = I R R 3-1 C üzerindeki gerilim, E = I X C C Kirchoff’un gerilim yasasına göre, ΣV=E-V -V =0 R C yada E= V +V R C Şekil 3-1-1 Seri RC devresi Şekil 3-1-2 Bağlantı diyagramı (KL-24002 blok e) KULLANILACAK ELEMANLAR 1. KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneği 2. KL-24002 Temel Elektrik Deney Modülü 3. Multimetre DENEYİN YAPILIŞI 1. KL-24002 modülünü, KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve e bloğunun konumunu belirleyin. 2. KL-22001’deki AC Kaynaktan E 'ya, 9VAC gerilim uygulayın. A E 'yı ölçün ve kaydedin. E =____________V A A 3-2 3. Aşağıdaki değerleri hesaplayın ve kaydedin. (R8=1KΩ, C2=4.7µF) C2 nin reaktansı X = _______________Ω C Toplam empedans Z = _______________Ω T Devredeki akım I = _______________mA R8’deki gerilim E = _______________V R C2’deki gerilim E = _______________V C Harcanan güç P = _______________mW 4. AC voltmetre kullanarak, E ve E değerlerini ölçün ve kaydedin. R C R8’deki gerilim E = _______________V R C2’deki gerilim E = _______________V C Ölçülen değerler, 3. adımda hesaplanan değerlere eşit midir? ___________________ 5. E = E + E denklemini kullanarak, devreye uygulanan gerilimi hesaplayın. A R C E = ___________ V A Hesaplanan değer, 2. adımda ölçülen değere eşit midir? ___________________ Değilse, nedenini açıklayın. ______________________________________________ 6. Ölçülen E ve E değerlerini kullanarak, I akımını hesaplayın ve kaydedin. R C I = ___________ mA Bu akım değeri, 3. adımda hesaplanan akım değerine eşit midir? ___________________ 7. R, X , ve Z değerlerini kullanarak, aşağıdaki alana bir vektör diyagramı çizin. C T 3-3 SONUÇLAR Bu deneyde, X , Z ve θ faz açısı değerleri hesaplanmıştır. Bu X , Z ve θ değerleri C T C T sırasıyla, X =1/(2πfC), burada f=50Hz, Z = R2 + X 2 , ve θ = tan-1 (X /R) C T C C denklemleriyle hesaplanabilir. 3-4 DENEY 3-2 AC RL Devresi DENEYİN AMACI 1. AC devrede, seri RL ağının karakteristiklerini anlamak. 2. Endüktif reaktans, empedans ve faz açısı kavramlarını anlamak. GENEL BİLGİLER Saf bir endüktansa ac gerilim uygulandığında, akım gerilimden 900 geride olur. Bu yüzden endüktans bir faz açısına sahiptir. Endüktansın aletrnatif akım akışına karşı gösterdiği zorluğa endüktif reaktans denir ve X ∠900 ya da -jX olarak yazılır. X ’nin L L L genliği, X =2πfL=wL ‘dir. L AC kaynak gerilimi ile beslenen seri RL devresi, Şekil 3-2-1'de gösterilmiştir. Bu devrenin empedansı aşağıdaki gibi ifade edilebilir: Z = Z1 + Z2 = R∠00 + X ∠-900 T L Devredeki akım, I = E / Z (akım, gerilimin gerisindedir) T R'nin üzerindeki gerilim, V = I R R L'nin üzerindeki gerilim, V = I X L L Kirchoff’un gerilim yasasına göre, ΣV=E-V -V =0 yada E= V +V R L R L 3-5 Şekil 3-2-1 Seri RL devresi Şekil 3-2-2 Bağlantı diyagramı (KL-24002 blok f) KULLANILACAK ELEMANLAR 1. KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneği 2. KL-24002 Temel Elektrik Deney Modülü 3. Multimetre DENEYİN YAPILIŞI 1. KL-24002 modülünü, KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve f bloğunun konumunu belirleyin. 2. Şekil 3-2-1'deki devre ve Şekil 3-2-2'deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. L1 konumuna, 0.5H’lik endüktans yerleştirin. KL-22001’deki AC Kaynaktan E 'ya, 9VAC gerilim uygulayın. A E 'yı ölçün ve kaydedin. E = ___________V A A 3. Aşağıdaki değerleri hesaplayın ve kaydedin. (L1=0.5H, R9=1KΩ) L1‘in reaktansı X = ______________Ω L Toplam empedans Z = ______________Ω T Devredeki akım I = _______________mA R9’daki gerilim E = ______________V R L1’deki gerilim E = ________________V L Kalite faktörü Q = X /R = ___________ L Faz açısı θ = __________________ Harcanan güç P = _________________mW 3-6 4. AC voltmetre kullanarak, ER ve E değerlerini ölçün ve kaydedin. C R9’daki gerilim E = _____________V R L1’deki gerilim E = _____________V L Ölçülen değerler, 3. adımda hesaplanan değerlere eşit midir? ___________________ 5. E = E + E denklemini kullanarak, devreye uygulanan gerilimi hesaplayın. A R L E = ____________ V A Hesaplanan değer, 2. adımda ölülen değere eşit midir? ___________________________ Değilse, nedenini açıklayın. ___________________________________________ 6. R, X , ve Z değerlerini kullanarak, aşağıdaki alana bir vektör diyagramı çizin. L T SONUÇLAR Bu deneyde, seri RL devresi incelenmiştir. Bir endüktansın endüktif reaktansı, frekansla orantılıdır. X sonucu, 60Hz’lik frekans için geçerlidir. RL devresinin, Q kalite L faktörü X ’nin R’ye oranıdır. Yani, Q= X /R. L L 3-7 DENEY 3-3 AC RLC Devresi DENEYİN AMACI 1. AC devrede, RLC ağının karakteristiklerini anlamak. 2. RLC devresinin rezonans frekansını ölçmek. GENEL BİLGİLER Şekil 3-3-1'de, ac güç kaynağıyla beslenen bir seri-paralel RLC devresi gösterilmiştir. Daha önce ifade edildiği gibi, kapasitif reaktans X ve endüktif reaktans X ,frekansla C L değişir. Bu nedenle, L2 ve C3'ten oluşan paralel devrenin net empedansı da frekansla değişecektir. fr rezonans frekansı olarak ifade edilen bir frekans değerinde, X ile X eşit olur ve paralel devre rezonansta çalışır. Rezonans frekansı, L C fr=1/(2π LC ) denklemi ile ifade edilir. Şekil 3-3-1 Seri-paralel RLC devresi Şekil 3-3-2 Bağlantı diyagramı (KL-24002 blok h) KULLANILACAK ELEMANLAR 1. KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneği 2. KL-24002 Temel Elektrik Deney Modülü 3. Osiloskop 3-8 DENEYİN YAPILIŞI 1. KL-24002 modülünü, KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve h bloğunun konumunu belirleyin. 2. Şekil 3-3-1'deki devre ve Şekil 3-3-2'deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. L2 konumuna, 0.1H’lik endüktans yerleştirin. 3. Fonksiyon Üretecinin Fonksiyon seçicisini, sinüzoidal dalga konumuna getirin. Osiloskobu, fonksiyon üretecinin çıkışına bağlayın. 1KHz, 5Vp-p’lik bir çıkış elde etmek için, Genlik ve Frekans kontrol düğmelerini ayarlayın ve bu çıkışı devre girişine bağlayın (I/P). 4. Osiloskop kullanarak, L2, C3 ve R12 üzerindeki gerilimleri ölçün ve kaydedin. V = ____________Vp-p L V = ____________Vp-p C V = ____________Vp-p R 5. fr = 1/(2π LC) denklemini kullanarak, devrenin rezonans frekansını hesaplayın ve kaydedin. (L2=0.1H, C3=0.01µF) fr = _________ Hz 6. Maksimum V değerini elde etmek için, Fonksiyon üretecinin çıkış frekansını AB değiştirin. Osiloskop kullanarak, giriş frekansını ölçün ve kaydedin. f = __________ Hz f frekans değeri ile, 5. adımda hesaplanan fr rezonans frekans değeri aynı mıdır? ______________________ 3-9 SONUÇLAR Bu deneyde, rezonans frekansı ve devre elemanlarının gerilimleri ölçülmüştür. Rezonans frekansı yaklaşık 5KHz’dir ve maksimum çıkış bu frekansta görülmektedir. 3-10