Elektrik-Elektronik Mühendisliği için Malzeme Bilgisi

1. Elektrik-Elektronik Mühendisliği için Malzeme Bilgisi Dirençler

2. Bölüm X: Dirençler • Direnç • Özdirenç • Dirençlerin Genel Özellikleri • Güç kaybı • Kararlılık • Tolerans • Sıcaklık • Direnç Elemanları ve Çeşitleri • Sabit dirençler • Entegre tipi dirençler • Yüzey monteli dirençler • Ayarlanabilir dirençler • Yarıiletken dirençler • Direnç Değerleri ve Direnç Kodları

3. Direnç • Maddenin atomları arasında hareket eden serbest elektronların hareketleri maddenin atom dokusuna bağlı olarak sınırlı olmaktadır. • Maddelerin atomları tarafından elektronların hareketlerine karşı diğer bir ifadeyle elektrik akımına gösterilen zorluk "Elektriki direnç" olarak tanımlanır.

4. Direnç • Dirençlilik değeri ohm (Ω) birimi kullanılarak belirlenir. • İki ucu arasında 1 Volt gerilim farkı olan ve içinden 1 Amper akım geçiren, homojen, her tarafı aynı sıcaklıktaki bir iletkenin gösterdiği direnç 1 Ohm’dur. • Ohm kanunu : Bir iletkenin iki ucu arasındaki potansiyel farkının, iletkenden geçen akım şiddetine oranı sabittir. (R=V/I ).

5. Direnç • Direnç, elektriki iletkenliği düşük olan maddelerden yapılan ve elektronik uygulamalarda sıklıkla kullanılan bir devre elemanıdır. • Direnç elemanının ebat, şekil ve iletkenlik derecesi, arzu edilen elektriki direnç değerine göre seçilir. Kısa ve geniş bir iletken parçasının direnci, uzun ve ince bir iletkenin direncine göre daha azdır.

6. Direnç Bir iletkenin direnci (R): • iletkenin malzemesinin özdirencine (ρ) • uzunluğuna (l) • kesit alanına (A) bağlıdır.

7. Özdirenç • Özdirenç; bir metre boyunda ve 1mm2 kesitinde bir iletkenin gösterdiği dirençtir. Kataloglarda genellikle 20˚C sıcaklık için verilir. • Bakır, gümüş gibi iletken malzemelerin özdirenci küçük, öziletkenliği ise büyüktür. • Kömür, nikel gibi direnç malzemelerinin özdirençleri büyük, öziletkenlikleri küçüktür. • Porselen, cam gibi yalıtkan malzemelerin özdirençleri çok büyük, öziletkenlik sıfırdır.

8. Dirençlerin Genel Özellikleri • Isı, gerilim ve frekans gibi etkenler direnç malzemelerinin değerlerinin değişmesinde etkili olurlar. 1) Güç Kaybı 2) Kararlılık 3) Tolerans 4) Sıcaklık 5) Frekansın dirençliliğe etkisi 6) Gürültünün dirençliliğe etkisi

9. 1. Güç Kaybı • Güç kaybı: Bir dirençte harcanan elektriki güç kaybı, I2R ifadesi ile hesaplanır. • Kayıp, ısı şeklinde tezahür edeceği için, üzerinden akım geçen direnç malzemesinin sıcaklığı, malzemenin üzerinde harcanan güç ile orantılı bir şekilde yükselir.

10. 2. Kararlılık • Kararlılık: Direnç elemanının üretiminden son ana kadar, dirençlilik değerinin belli bir seviyede kalabilme özelliğini belirtir.

11. 3. Tolerans • Tolerans : Herhangi bir direncin maksimum ve minimum değerlerini belirten bir büyüklük olup, yapım hatası şeklinde yüzde olarak belirtilir. Direnç toleransları; %±20, %±10, %±5, ......... %±2, %±1 değerlerinde olabilir.

12. 4. Sıcaklık • Elektrik akımı, üzerinden aktığı her maddede elektron akışını frenleme mekanizmasından dolayı bir ısı enerjisi oluşturur. • Isınan malzemenin direnci değişir. • Direnç değerinin ısıyla değişimi bazı malzemelerde pozitif bazılarında da negatif yönde olmaktadır. • Isı ile metallerin büyük bir çoğunluğunun dirençleri büyümekte, yarıiletkenlerin ise dirençleri küçülmektedir.

13. 4. Sıcaklık • Direncin sıcaklığa bağlı olarak değişimi:

14. 4. Sıcaklık • Isı Taşınması: Yüksek sıcaklıktaki bir ortamdan düşük sıcaklıktaki bir ortama ısı dengeleninceye kadar ısı transferi oluşur. • Isı İletimi yayılma ve ışıma şeklinde olur. • Güneş evreni ışıma yoluyla kalorifer petekleri ise etrafını yayılma yoluyla ısıtır.

15. 4. Sıcaklık • Isıl Direnç: Soğuk bir cismin sıcak bir cisim tarafından ısıtılmaya karşı gösterdiği dirence ısıl direnç adı verilir. Birimi 0C/W’tır. Sıcaklık farkı Isıl direnç Isıya çevrilen güç

16. Sıcaklık • Isıl verim: Bir ısıtıcı direnç tarafından verilen ısının tamamı ısıtılan maddeye geçemez. • Verilen ısının bir kısmı iletim, yayılma ve ışıma yoluyla çevreye yayılarak kaybolur. • Bu nedenle verilen ısı ve yararlı ısı olmak üzere iki kavram ortaya çıkar.

17. Elektrotermi Uygulamaları • Dirençli Fırınlar

18. Elektrotermi Uygulamaları • Elektrikli Ark Fırınları

19. Elektrotermi Uygulamaları • Endüksiyon Fırınları

20. Elektrotermi Uygulamaları • Medikal Sahada Kullanılan Isıtıcılar:

21. Elektrotermi Uygulamaları • Termoelektrik Soğutma

22. 5. Frekansın dirençliliğe etkisi • AC (alternatif akım) uygulanan bir devrede kullanılan dirençlerin, yüksek frekanslarda ihmal edilemeyecek derecede endüktif ve kapasitif etkileri söz konusudur. • Bu etki DC dirence seri olarak eklenmiş bir endüktans ve paralel olarak eklenmiş bir kapasite şeklindedir.

23. 6. Gürültünün dirençliliğe etkisi • Bir direnç elemanının maruz kaldığı ısıl enerji ile malzeme içindeki elektronlar direncin uçlarına doğru rastgele hareket ederler. • Bu durum direncin uçlarındaki gerilimin değişmesine ve dirençte bir gürültü gerilimi oluşmasına sebep olur. • Bu tip gürültü sıcaklığa bağlı olduğu için ısıl gürültü adını alır. Oluşan ısıl gürültünün gücü Pn;

24. Direnç Çeşitleri Direnç yapımında bir çok maddenin değişik oranlarda alaşımları kullanılır. En çok kullanılan malzemeler karbon (C), manganez (Mn), demir (Fe), krom (Cr), nikel (Ni), bakır (Cu), kobalt (Co), titan (Ti) ve çinko (Zn) dur. DİRENÇ ÇEŞİTLERİ 1. Sabit Dirençler 2. Entegre Tipi Dirençler 3. Yüzey Monteli Dirençler 4. Ayarlanabilir Dirençler 5. Yarıiletken Dirençler

25. Direnç Çeşitleri Karbon direnç 1. SABİT DİRENÇLER • Üzerlerinden geçen akım ve gerilime göre farklı direnç değeri göstermezler. • Sabit değerli dirençler; 0,1 Ω- 22 MΩarasında değişik değerlerde imal edilirler. • Sabit Direnç çeşitleri: ÖDEV a) Karbon bileşim dirençler b) Film dirençler c) Tel sarımlı dirençler Film direnç Tel sarımlı direnç

26. Direnç Çeşitleri 2. ENTEGRE TİPİ DİRENÇLER • Modern elektronik tasarımlarda montaj kolaylığı sağlayan direnç modülleri kullanılır. • Bu modüllerde çok sayıda direnç elemanı toplu halde bir çip üzerine yerleştirilmiş durumdadır. • Değişik firmalara ait dirençlerin bağlantı şekilleri her üretici firmanın kendi kataloglarında yer alır. • Genellikle LED’lerde akım kontrolü için kullanılırlar.

27. Direnç Çeşitleri 3. YÜZEY MONTELİ DİRENÇLER • Bu tip dirençler, yüzey montaj teknolojisi (SMT-SurfaceMountTechnology) yöntemiyle üretilmiş küçük boyutlu elemanlardır. • Güçleri çok küçük olduğundan osilatör gibi düşük akım çeken devrelerde kullanılırlar.

28. Direnç Çeşitleri 4. AYARLANABİLİR DİRENÇLER • Ayarlanabilen dirençler, direnç elemanının hareket ettirilebilen orta uçları sayesinde değişik değerler alabilmektedir. • Bu elemanlar, yüksek dirençli, tel sarımlı yada karbondan yapılırlar. • Ayarlı dirençler ile elektronik devrelerde gerilim kontrolü ve akım sınırlaması yapılabilmektedir.

29. Direnç Çeşitleri 4. AYARLANABİLİR DİRENÇLER

30. Direnç Çeşitleri 4. AYARLANABİLİR DİRENÇLER

31. Direnç Çeşitleri Ayarlanabilir Dirençler Çeşitleri a) Reostalar: Ayarlı dirençlerin yüksek akım ve gerilimlere dayanacak tarzda imal edilmiş olanlarına reosta denir. b) Potansiyometreler: Direnç değerleri, dairesel olarak dönen bir mil yada sürgü kolu aracılığıyla ayarlanabilen elemanlardır. c) Trimpot: Direnç değerinin ara sıra (nadir) değişmesinin gerektiği devrelerde kullanılırlar.

32. Direnç Çeşitleri Ayarlanabilir Dirençler Çeşitleri d) Çok turlu ayarlı direnç: Çok hassas direnç ayarı yapılması gereken devrelerde kullanılırlar. e) Kademeli dirençler : Direnç elemanından çoklu uç çıkarılarak imal edilirler. Elektronik devrelerde bir kaç farklı değerde direnç elde etmek için gerilim bölücü olarak kullanılırlar

33. Direnç Çeşitleri 5. YARIİLETKEN DİRENÇLER Yarıiletken dirençlerin ısı, voltaj, ışık ve gerilmeyle dirençlilik değerleri değişen elemanlardan oluşan çeşitleri vardır. a) Isı bağımlı dirençler - Termistörler b) Işık bağımlı direnç-Foto Direnç-LDR (Light Dependent Resistance) c) Voltaj bağımlı direnç –VDR (Voltage Dependent Resistör) d) Gerilmeye bağımlı direnç- Strain Gage a) b) c) d)

34. Yarıiletken Dirençler • Termistör:

35. Yarıiletken Dirençler Işık bağımlı direnç-Foto Direnç-LDR(Light Dependent Resistance)

36. Yarıiletken Dirençler Voltaj bağımlı direnç –VDR (Voltage Dependent Resistör)

37. Yarıiletken Dirençler • Gerilmeye bağımlı direnç- Strain Gage

38. Direnç Değerleri ve Renk Kodları

39. Direnç Değerleri ve Renk Kodları

40. Direnç Değerleri ve Renk Kodları

41. Direnç Değerleri ve Renk Kodları

42. Direnç Değerleri ve Renk Kodları