Read biyomedikal_yari_iletken_anahtarlama.doc text version

T.C. MLLÎ ETM BAKANLII

MEGEP

(MESLEK ETM VE ÖRETM SSTEMNN GÜÇLENDRLMES PROJES)

BYOMEDKAL CHAZ TEKNOLOJLER

BYOMEDKAL SSTEMLERDE ÖZEL YARI LETKENL ANANAHTARLAMA

ANKARA 2007

Milli Eitim Bakanlii tarafindan gelitirilen modüller; · Talim ve Terbiye Kurulu Bakanliinin 02.06.2006 tarih ve 269 sayili Karari ile onaylanan, Mesleki ve Teknik Eitim Okul ve Kurumlarinda kademeli olarak yayginlatirilan 42 alan ve 192 dala ait çerçeve öretim programlarinda amaçlanan mesleki yeterlikleri kazandirmaya yönelik gelitirilmi öretim materyalleridir (Ders Notlaridir). Modüller, bireylere mesleki yeterlik kazandirmak ve bireysel örenmeye rehberlik etmek amaciyla örenme materyali olarak hazirlanmi, denenmek ve gelitirilmek üzere Mesleki ve Teknik Eitim Okul ve Kurumlarinda uygulanmaya balanmitir. Modüller teknolojik gelimelere paralel olarak, amaçlanan yeterlii kazandirmak koulu ile eitim öretim sirasinda gelitirilebilir ve yapilmasi önerilen deiiklikler Bakanlikta ilgili birime bildirilir. Örgün ve yaygin eitim kurumlari, iletmeler ve kendi kendine mesleki yeterlik kazanmak isteyen bireyler modüllere internet üzerinden ulailabilirler. Basilmi modüller, eitim kurumlarinda örencilere ücretsiz olarak daitilir. Modüller hiçbir ekilde ticari amaçla kullanilamaz ve ücret kariliinda satilamaz.

·

·

·

· ·

ÇNDEKLER

AÇIKLAMALAR .............................................................................................................. iii GR ..................................................................................................................................1 ÖRENME FAALYET-1 .................................................................................................3 1. KUADRAK .....................................................................................................................3 1.1. Diyak Yapisi .............................................................................................................3 1.1.1. Diyak'in Çalimasi.............................................................................................4 1.1.2. Diyak'in AVOmetre ile Salamlik Kontrolü .......................................................5 1.1.3. Diyak'in Kullanim Amaci ..................................................................................5 1.1.4. Diyak'in AC Akimda Çalimasi .........................................................................7 1.2. Triyak Yapisi ............................................................................................................8 1.2.1. Triyak'in Çalimasi............................................................................................9 1.2.2. Triyak'in letim Halleri ....................................................................................10 1.2.3. Triyak'in AVOmetre ile Salamlik Kontrolü ....................................................10 1.2.4. Triyak'in Kullanim Amaci ...............................................................................12 1.2.5. Triyak'in Tetiklenme ekilleri..........................................................................13 1.3. Kuadrak Yapisi ve Çalimasi...................................................................................14 1.3.1. Kuadrak'in Özelikleri.......................................................................................15 1.3.2. Kuadrak'in AVOmetre ile Salamlik Kontrolü .................................................15 1.3.3. LDR`li Karanlikta Çalian Lamba Uygulamasi.................................................15 UYGULAMA FAALYET...........................................................................................18 ÖLÇME VE DEERLENDRME .................................................................................20 ÖRENME FAALYET-2 ...............................................................................................21 2. UJT................................................................................................................................21 2.1. Yapisi ve Özellikleri................................................................................................21 2.2. Çalima lkesi ve Kullanildii Yerler.......................................................................22 2.3. UJT' nin Salamlik Kontrolü ..................................................................................24 2.4. UJT' nin Uçlarinin Bulunmasi.................................................................................25 2.5. PUT(programlanabilen Unijunction Transistör) .......................................................25 2.6. UJT'li (Gevemeli) Osilatör Devresi .......................................................................27 UYGULAMA FAALYET...........................................................................................33 ÖLÇME VE DEERLENDRME .................................................................................33 ÖRENME FAALYET-3 ...............................................................................................33 3. ER ZLEYCLER .....................................................................................................33 3.1. Yapisi .....................................................................................................................33 3.2. Çalimasi ................................................................................................................33 3.3. Kullanim Alanlari ...................................................................................................33 3.4. Cihaz Üzerindeki Ölçüm Ayarlamalari ....................................................................33 UYGULAMA FAALYET...........................................................................................33 ÖLÇME VE DEERLENDRME .................................................................................33 ÖRENME FAALYET­4...............................................................................................33 4. GTO...............................................................................................................................33 4.1. Tristörün Yapisi ve Özellikleri ................................................................................33 4.1.1. Tristörü letime Götürme Yöntemleri ...............................................................33 4.1.2. Tristörü Yalitima Götürme Yöntemleri.............................................................33 i

4.1.3. Tristörün AVOmetre ile Salamlik Kontrolü ve Uçlarinin Bulunmasi...............33 4.1.4. Tristörün Eri zleyici ile Ölçülmesi.................................................................33 4.2. GTO Yapisi ve Özellikleri.......................................................................................33 4.2.1. GTO'larin SCR'lere Göre Üstünlükleri ............................................................33 4.2.2. Temel Yapisi ve Akim Gerilim Karekteristii...................................................33 4.2.3. Kapama Kazanci ..............................................................................................33 4.2.4. Gerekli Yapisal Deiiklikler ...........................................................................33 4.2.5. GTO Tetikleme Yöntemleri..............................................................................33 4.2.6. letime Geçmedeki Geçici Rejim ......................................................................33 4.2.7. Kesime Geçmedeki Geçici Rejim .....................................................................33 4.2.8. Minimum Kapama ve Geçirme Süreleri............................................................33 4.2.9. Maksimum Kontrol Edilebilir Anot Akimi .......................................................33 4.2.10. GTO'larda Airi Akim Korumasi ...................................................................33 4.2.11. GTO Uygulamalari.........................................................................................33 UYGULAMA FAALYET...........................................................................................33 ÖLÇME VE DEERLENDRME .................................................................................33 ÖRENME FAALYET­5...............................................................................................33 5. IGBT .............................................................................................................................33 5.1. IGBT Yapisi, Özellikleri ve Çalimasi.....................................................................33 5.1.1. Statik Davranilari (Karekteristikleri) ...............................................................33 5.1.2. Güvenli Çalima Bölgesi ..................................................................................33 5.1.3. Sürme (Tetikleme)Devreleri .............................................................................33 5.1.4. Dier Özellikleri ve Uygulama Alanlari ve IGBT'nin Korunmasi .....................33 5.1.5. Biyomedikal Cihazlarda ve Cihazlarin Beslemelerinde IGBT Kullanimi...........33 5.1.6. Çok Devirli Motorlarda IGBT Kullanimi..........................................................33 5.1.7. IGBT'NN AVOmetre ile Kontrolü ..................................................................33 5.1.8. IGBT'NN AC Akimda çalimasi.....................................................................33 5.1.9. IGBT'in DC Akimda Çalimasi........................................................................33 ÖLÇME VE DEERLENDRME .................................................................................33 MODÜL DEERLENDRME...........................................................................................33 CEVAP ANAHTARLARI .................................................................................................33 ÖNERLEN KAYNAKLAR ..............................................................................................33 KAYNAKÇA ....................................................................................................................33

i ii i

AÇIKLAMALAR AÇIKLAMALAR

KOD ALAN DAL/MESLEK MODÜLÜN ADI 522EE0151 Biyomedikal Cihaz Teknolojileri Alan Ortak Biyomedikal Sistemlerde Özel Anahtarlama Yari letken

MODÜLÜN TANIMI SÜRE ÖN KOUL YETERLK

Özel yari iletkenlerin biyomedikal cihazlarda kullanimi ile ilgili temel bilgi ve becerilerin kazandirildii örenme materyalidir. 40/32 Ön koulu yoktur. Özel yari iletkenli anahtarlama elemanlariyla uygulama devreleri yapmak Genel Amaç Bu modül sonrasinda, özel yari iletkenli anahtarlama ve tetikleme elemanlarini taniyacak, katalog bilgilerine ve (TSE, ISO) standartlarina uygun olarak elektronik devrelerde kullandiiniz elemanlarla uygulama devreleri yapabileceksiniz.

Amaçlar

Bu modül ile gerekli ortam salandiinda, Ø Eri izleyicilerle ölçüm yapabilecek eleman karakteristik özelliklerini gözleyebileceksiniz. Ø IGBT yapisini ve özelliklerini, tetikleme yöntemlerini bilecek ve eri izleyicilerle ölçümünü yapabilecek, istenen özellikte IGBT seçebilecek ve IGBT kullanarak uygulama devresi yapabileceksiniz. Ø GTO yapisini ve özelliklerini, tetikleme yöntemlerini bilecek ve eri izleyicilerle ölçümünü yapabilecek, istenen özellikte GTO seçebilecek ve GTO kullanarak uygulama devresi yapabileceksiniz. Ø UJT'lerin yapisini, çalimasini ve özelliklerini taniyacak, istenen özellikte UJT seçebilecek ve pals osilatör devresinde UJT kullaniminin uygulamasini yapabileceksiniz. Ø Kuadrakin yapisini, çalimasini ve özelliklerini taniyacak, istenen özellikte kuadrak seçebilecek ve AC'de güç kontrolü uygulamasi yapabileceksiniz. Atölye ortami, laboratuvar donanimlari, eri izleyici ( Osiloskop, özel yari iletken anahtarlama ve tetikleme elemanlari, elektronik devre tasarim boardlari, ayarlanabilir AC ve DC güç kaynaklari, uygun kablo ve donanimlari, endüstriyel elektronik devre elemanlari, katalog, ürün bilgi sayfalari. i iii i

MODÜLÜN AMACI

ETM ÖRETM ORTAMLARI VE DONANIMLARI

ÖLÇME VE DEERLENDRME

Her faaliyet sonrasinda o faaliyetle ilgili deerlendirme sorulari ile kendi kendinizi deerlendireceksiniz. Öretmeniniz modül sonunda size ölçme araci (uygulama, soru-cevap ) uygulayarak modül uygulamalari ile kazandiiniz bilgi ve becerileri ölçerek deerlendirecektir.

i iv v

GR

GR

Sevgili Örenci, Bu modül sonunda edineceiniz bilgi ve beceriler ile biyomedikal cihaz teknolojileri alaninda önemli kullanimi olan özel yari iletken anahtarlama ve tetikleme elemanlarini taniyacak, bu elemanlarla devre tasarimlari yapabilecek ve bunlarin uygulama sonuçlarini hayata geçirebileceksiniz. Teknolojinin her geçen gün hizla gelitii günümüzde özel yari iletken anahtarlama ve tetikleme elemanlarinda sürekli yenilikler olmaktadir. Daha kullanili, daha güvenli ve akim kapasiteleri oldukça geni sinirlar içinde kullanilabilir hale getirilen özel yari iletken anahtarlama ve tetikleme elemanlarini tanimanizin önemini, mesleinizi uygularken birçok güçlüün üstesinden kolayca geldiinizde kavrayacaksiniz. Günümüzde tip elektroniinden imalat endüstrisine günlük kullandiimiz elektrikli ve elektronik birçok ev ve el aletinden askeri alana, uydu haberleme cihazlarindan bilgisayarlarin vazgeçilmezi kesintisiz güç kaynaklarina kadar birçok alanda özel yari iletken anahtarlama ve tetikleme elamanlarini görecek ve bu alanda sahip olduunuz bilgiyle gurur duyacaksiniz. Özellikle biyomedikal cihazlarin tamamina yakin bir kismi, elektrik kesintisinin kabul edilemez olmasi nedeniyle kesintisiz güç kaynaklari üzerinden çalitirilmaktadir. Yine biyomedikal cihaz beslemesinin diinda IGBT lerin endüksiyonla isitma sistemlerindeki üstünlükleri ve geni ayar karekteristik özellikleri fizik tedavi cihazlarinda yaygin olarak kullanilma koulunu oluturmaktadir. Özel yari iletkenlerin büyük akimlari oldukça küçük gerilim deerleriyle kontrol edebilir olmasi hem cihazi kullanan tip personelinin hem de hastalarin güvenliklerini artirmitir. Tanidiiniz ve kullanmasini bildiiniz bu elemanlarla mesleinizin diinda kendinize ait alet, makine ve araçlarinizi tamir edebilecek, günümüzde belki de petrolden bile önemli hale gelen alternatif enerji sistemlerinden güne pilleriyle enerji üretiminin en önemli unsurunun özel yari iletken anahtarlama ve tetikleme elemanlari olduunu airarak öreneceksiniz. Hobi amaçli çalimalarla bo zamanlarinizi deerlendirecek, hoça vakit geçirebileceksiniz. Bu modülün beklentilerinizi karilayacaini umuyor, diliyoruz. çalimalarinizda baarilar

1

2

ÖRENME FAALYET­1

ÖRENME FAALYET-1

AMAÇ

Bu örenme faaliyetini baariyla tamamladiinizda KUADRAK `in yapisini, çalimasini ve özelliklerini taniyacak, istenilen özellikte KUADRAK seçebilecek ve AC ` de güç kontrolü uygulamasi yapabileceksiniz.

ARATIRMA

Otomatik çalian sokak aydinlatma lambalari, merdiven otomatii, iik iddeti ayarlanabilir lamba devrelerinin çalimasini aratiriniz. Bu devrelerin fonksiyonlarini yerine getirmek için kullandiklari aktif devre elemanlarini aratiriniz ve devrelerin çalimasini rapor haline getirin.

1. KUADRAK

Kuadraklar yapi olarak içlerinde Diyak ve Triyak barindirdiklari için öncelikle Diyak ve Triyak'in yapilari, özellikleri çalima prensipleri, AVOmetre ile kontrolleri incelenecektir.

1.1. Diyak Yapisi

ekil 1.1: Diyak sembolü ve diyak iç yapisi

Her iki yönde akim geçirecek ekilde iki adet pnpn diyodun birbirlerine ters yönlü olarak paralel balanmasiyla oluturulmu tetikleme elemanidir. Diyak çift yönde de ayni görevi gören bir zener Diyot gibi çaliir

3

1.1.1. Diyak'in Çalimasi

Diyak'in kirilma ( geçirme ) gerilimi 24 ­ 36 volt araliindadir. Bu gerilimlerin altinda Diyak yalitimdadir. Yani akim geçirmez. A1 A2 olarak adlandirilan uçlarinin devreye balanma ekli önemli deildir. Her iki ekilde de balanabilir. Diyak üzerinden geçecek maksimum akim deeri Imax = 2 amper dolayindadir. Diyak üzerinden geçecek akim deeri Imin deerinin altina dütüünde Diyak yalitima geçer yani akim geçirmez. Üzerinden sadece sizinti akimi geçer. Üzerine uygulanan gerilim Diyak geriliminin üstüne çiktiinda ise Diyak iletime geçer. Fakat iletime geçer geçmez Diyak'in uçlarindaki gerilimde bir düü görülür. Bu düü deeri Diyak geriliminin yaklaik %20 'si kadardir. Diyak'in üzerine uygulanan gerilim Diyak geriliminin altina da düse Diyak yine de iletimde kalir. Fakat Diyak'a uygulanan gerilim düü anindan sonraki gerilim seviyesinin altina düürüldüünde Diyak yalitima geçer. Diyak iki yöndeki uygulanan polarmalarda da ayni tepkiyi verecektir. Diyak'in bu özellikleri alternatif akimda kullanilabilmesine olanak verir.

Imax

-UMAX

Imin

-Imin

UMAX

- Imax

ekil 1.2: Diyak'in karekteristik erisi

Imax = Diyak üzerinden geçirilebilecek maksimum akim Imin = Diyak'i iletimde tutacak en az akim Umax = Diyak'in iletime geçecei (kirilma ) gerilim Umin =Diyak'in yalitima geçecei gerilim siniri

4

1.1.2. Diyak'in AVOmetre ile Salamlik Kontrolü

AVO metre ile Diyak'in salamlik kontrolünde, ölçü aletinin omaj kademesinde her iki yönde yapilan ölçümde yüksek direnç gösterir. Diyak arizali ise her iki yönde de düük direnç ölçülür. Güvenilir salamlik kontrolü ancak Diyak devrede, iletimde ve yalitimda iken yapilacak ölçümle ya da basit bir Triyak tetikleme devresindeyken deneyerek yapilabilir.

ekil 1.3 Diyak'in AVO metre ile kontrolü

Her iki yönlü ölçümde yüksek direnç okunmalidir

1.1.3. Diyak'in Kullanim Amaci

ekil 1.4: Diyakla yapilan osilatör devresi kondansatörün arj ani

5

v C

Cj

Cdj

V2

ekil 1.5: Diyak'in DC akimdaki kondansatörün arj anindaki dalga ekilleri

ekil 1.6: Diyakla yapilan osilatör devresi kondansatörün dearj ani

ekil 1.7: Diyak'in DC akimdaki kondansatörün dearj anindaki dalga ekilleri

6

ekil 1. 4'te ve 1. 6 da Diyakla yapilan osilatör devresinde DC akimin kutbuna göre Diyak pozitif ve negatif darbeler meydana getirir. Devredeki kondansatör R1 direnci üzerinden arj olur. Kondansatör uçlarindaki gerilimin deeri Diyak iletim gerilimine eit olduunda Diyak iletime geçer ve kondansatörü R2 direnci üzerinden dearj eder. Kondansatör üzerindeki gerilim deeri Diyak iletim geriliminden küçük olduu anda Diyak yalitima geçer, bu ekilde pozitif ve negatif darbeler meydana gelir. Yukarida açiklandii gibi diyak darbeler üreterek tetikleme elemani olarak kullanilan bir yari iletkendir

1.1.4. Diyak'in AC Akimda Çalimasi

ekil 1. 8 de Diyak'in AC akimda çalimasi gösterilmektedir. AC akimda Kondansatörün uçlarindaki gerilimin yönü sürekli deitii için Kondansatörün pozitif alternansta arj olup Diyak'i iletime geçirip pozitif darbe üretmesine neden olur. Kondansatör dearj olurken Diyak'i yalitima geçirir. Negatif alternasta Kondansatör arj olurken Diyak'i iletime geçirip negatif darbe üretmesine neden olur. Kondansatör dearj olurken Diyak'i yalitima geçirir. Bu ilem periyodik olarak devam eder.

ekil 1.8: Diyak'in AC akimdaki osilatör devresi

7

ekil 1.9: Diyak'in AC akimdaki dalga ekilleri

1.2. Triyak Yapisi

n kapili ve p kapili iki adet tristörün ters parelel balanmasiyla oluturulmu alternatif akimda her iki yönde akim geçiren yari iletken anahtarlama elemanidir.

ekil 1.10: Triyak sembolü ve Triyak'in iç yapisi

8

ekil 1.11: Triyak'in karekteristik erisi

1.2.1. Triyak'in Çalimasi

Triyak alternatif akimda çaliirken pozitif alternasta bir tristör negatif alternasta ise dier tristör iletime geçer. ç yapisinda da görülecei gibi iki tristör birbirine ters olarak paralel balanmitir. Böylece balanti noktalari anot - katot diye deil A2 - A1, kontrol ucu da geyt (G) olarak adlandirilmitir. Triyain karekteristik erisinde görüldüü gibi A1 ­ A2 uçlarina uygulanan gerilim Vmax deerini atiinda Triyak tetiklenmeden kendi kendine iletime geçer, fakat bu durumda Triyak i göremez hale gelir. Triyak grafiin I. ve III. bölgelerinde kararli olarak çaliir bu bölgeler 1.ve 2. Tristörün iletimde olduu bölgelerdir. Vmax gerilimi ailmadii sürece geyt ucundan bir tetikleme darbesi uygulanmadan Triyak yalitimdadir. Yani akim geçirmez. Geyt ucuna (eksi) ya da ( arti ) gerilim uygulandiinda Triyak iletime geçer ve üzerinden akim geçirir. Triyak üzerinden geçecek akim Imax ve Imin deerlerinin diina çikmamalidir. Imax siniri ailirsa Triyak yirtilir yani i göremez hale gelir. Imin altina dütüünde ise Triyak yalitima geçer. Triyak DC akimda da kullanilabilir, DC akimda tristör gibi çaliir.

9

1.2.2. Triyak'in letim Halleri

1. hal; I. bölge çalimasi A2 (arti) A1 (eksi) G (arti) kararli iletim 2. hal; III. bölge çalimasi A2 (eksi) A1 (arti) G (arti) kararsiz iletim 3. hal; I. bölge çalimasi A2 (arti) A1 (eksi) G (eksi) kararsiz iletim 4. hal; III. bölge çalimasi A2 (eksi) A1 (arti) G (eksi) kararli iletim 1. ve 3. hallerde A2 ucuna uygulanan gerilimin yönü geyt ucuna uygulanan gerilimin yönüyle ayni olduu için Triyak kararli iletimdedir. Kararsiz iletimin olduu 2. ve 4. hallerde Triyak'in iletime geçebilmesi için geyte uygulanan gerilim dier hallerde uygulanan gerilimden daha büyük olmalidir. Alternatif akimda çalitirilacak Triyak'in kararli çalima halinde olabilmesi için A2 ucu ile geyt ucu ayni polariteden beslenmelidir.

1.2.3. Triyak'in AVOmetre ile Salamlik Kontrolü

AVOmetrenin direnç konumunda yapilan ölçümlerde A1 ­ G arasi çift yönlü tristör olduu için her iki yönde de düük direnç ölçülmelidir. A2 ­ G arasi yapilan her iki yönlü ölçümde yüksek direnç ölçülmelidir A1 ­ A2 arasi yapilan her iki yönlü ölçümde yüksek direnç ölçülmelidir A1 ­ A2 arasi ölçüm yapilirken AVOmetrenin uçlarindan herhangi biri geyt ucuna dokundurulup çekildiinde okunan direnç deeri düüyorsa Triyak iletime geçiyor demektir. AVOmetrenin uçlari deitirilip ilem tekrarlandiinda ayni ekilde direnç düüyorsa Triyak her iki tetikleme halinde de iletime geçtii için salamdir. Yukaridaki anlatilanlardan biri gerçeklemezse ya da A1 ­ A2 arasi düük direnç deeri gösteriyorsa Triyak arizalidir. Triyak'in bacaklarini aaiya, yazisini okuyacak ekilde bize çevirdiimizde; soldan 1. bacak =A1; 2. bacak= A2; 3.bacak=Geyt eklindedir. Di görünüleri ayni olan tristör ve Triyak'i birbirinden ayirt etmek için eleman uçlari A1 - G arasi yapilan iki yönlü ölçümde düük direnç ölçülürse eleman Triyak'tir. Bir yönde düük dier yönde yüksek direnç ölçülürse eleman tristördür.

10

ekil 1.12: (a) Geyt - A1 arasi ölçüm (Her iki yönlü ölçümde düük direnç okunmalidir)

ekil 1.12: (b) Geyt ­ A2 arasi ölçüm (Her iki yönlü ölçümde yüksek direnç okunmalidir)

ekil 1.12: (c)A1 ­ A2 arasi ölçüm (Her iki yönde yapilan ölçümde yüksek direnç okunmalidir)

11

Resim 1.1: Triyak çeitleri

Resim 1.2: Triyak ve kullanim alanlari

1.2.4. Triyak'in Kullanim Amaci

Triyaklar genellikle alternatif akim devrelerini kumanda etmede kullanilir. Yüksek akimlari küçük akimlarla kontrol edebilir olmasi kullanim alanlarini artirmitir. Ayrica sessiz çalimasi bakim gerektirmemesi problemsiz ve rölelere göre oldukça hizli açma kapama yapmasi, açma kapama esnasinda ark olumamasi Triyaklari üstün kilan özellikleridir. Triyaklar, 220 volt altinda 10 amper gibi yüksek bir akim geçirirken uçlarinda bulunan gerilim 1,5 volt civarindadir. Bu anda Triyak üzerindeki harcanan güç 15 wat dolayinda iken yük üzerinde harcanan güç 2200 wattir. Triyaklar uygun ekilde soutulurlarsa üzerlerinde harcanan güç kaybinin oluturacai isi daitilarak ömürlerinin uzun olmasi salanir. Triyak ile AC akimlarin DC akimlarla da kontrolü salanabilir.

12

1.2.5. Triyak'in Tetiklenme ekilleri

ekil 1.13: DC akimla tetikleme

ekil 1.14: AC akimla tetikleme

13

Ø

Devre Elemanlari: R1 = 68 R2 = 10 K R3 = 3,3 K R4 = 100 C1 = 1000 (30 v) C2 = 0,1 F(400 v) T1 = 2N3702 T2 = IRT84 D = 1N4001

ekil 1.15: AC akimda transistorle tetikleme

Açiklanan tetikleme yöntemlerinin diinda Triyak, UJT ­ SBS ­ SUS - Diyak gibi devre elemanlari ile de tetiklenebilir.

1.3. Kuadrak Yapisi ve Çalimasi

Kuadrak, bir Triyak ile bir Diyak'in tek bir yapi içinde beraber olarak üretilmesiyle meydana getirilmitir. Triyak'i tetikleyici eleman olarak genellikle Diyak kullanildii için bu iki eleman yerine tek eleman olarak Kuadrak tasarlanmitir. Triyak'in kullanildii bütün devrelerde Diyak kullanmadan tek eleman olarak Kuadrak kullanmak mümkündür.

ekil 1.16: Kuadrak'in sembolü ve yapisi

14

1.3.1. Kuadrak'in Özelikleri

Kuadrak Triyak'in kullanildii devre tasarimlarinda uygulama kolaylii ve sadelik salar. Bunun diinda Kuadrak'in soutucuyla soutulmasi ileminde Diyak'in da soumasi salanmi olur. Böylece lehimleme ileminden ve olasi eklem sorunlarindan uzaklailmi olunur.

1.3.2. Kuadrak'in AVOmetre ile Salamlik Kontrolü

AVOmetreyle yapilan salamlik kontrolünde üç uç arasinda yapilan her iki yönlü ölçüm sonucu yüksek direnç ölçülür bunun nedeni Triyak'in geytine Diyak eklenmi olmasidir.

1.3.3. LDR`li Karanlikta Çalian Lamba Uygulamasi

Aaidaki devreye gerilim uygulandiinda LDR'ye iik dütüü anda LDR' nin direnci düecei için akim R1, P ve LDR üzerinden devresini tamamlar, kondansatör uçlarinda Diyak'i iletime götürecek 30 voltluk gerilim olumadii için Diyak Triyak'i tetikleyemez ve lamba yanmaz. Ø Devre elemanlari: R1= 47 - P = 500 K - C = 0,1 F 400 volt - Diyak = mcr 100 Triyak = TIC 216 ­ LDR - Lamba = 220 volt 100 wat - Güç kaynai = 220 volt 50 Hz

ekil 1.17: LDR kontrollü lamba karartma devresi

15

t2 aninda LDR üzerine düen iii engellediimizde LDR' nin direnci yükselir ve akim R1, P ve C kondansatörü üzerinden devresini tamamlar. C kondansatörünün uçlarindaki gerilim, Diyak'i iletime geçirmeye yeter. letime geçen Diyak alternasin t3 aninda pozitif darbe uygulayarak Triyak'i tetikler, Triyak'in iletime geçtii anda lamba yanar. Bu durum alternasin sona erdii t4 anina kadar sürer. t4 aninda kondansatör negatif yönde sarj olmaya balar. Kondansatörün uçlarindaki gerilim deeri 30 volt' u atiinda Diyak iletime geçer ve negatif darbe üreterek Triyak'i tetikler ve Triyak iletime geçerek t6 aninda alternasin sona ermesine kadar lambayi yakar. Devredeki pot ayarlanarak Triyak'in tetikleme açisi ve bu yolla da lambanin parlaklii deitirilebilir.

ekil 1.18: LDR kontrollü dimmer dalga grafisi (sari bölge lambanin yandii an)

16

Resim 1.3: Muhtelif Kuadrak çeitleri

Resim 1.4: Kuadrakla yapilan bir anahtarlama devresi (Boyutuna Dikkat ediniz)

17

UYGULAMA FAALYET UYGULAMA FAALYET

ekil 1.17: LDR kontrollü lamba karartma uygulama devresi

lem Basamaklari

Kuracainiz LDR'li dimmer devresinin Ø elemanlarini hazirlayiniz. --R1 = 47 - P = 500 K, C = 0,1 F 400 volt, Diyak = mcr 100, Triyak = TIC 216, LDR Ø Lamba = 220 volt 100 watt, Güç kaynai = 220 volt 50 Hz Ø --Bread-Board --Deiik uzunlukta ve kesitlerde kablo Ø Ø Devreyi emaya uygun olarak kurunuz. Ø Ø

Öneriler

Elemanlari öncelikle gözle kontrol ediniz. ( Kirik, kopuk, çatlak, izalosyonu bozuk, balanti uçlari yipranmi olabilir.) Elektronik elemanlarini bölüm içerisinde anlatildii ekilde ölçü aletleriyle kontrol ediniz. Lambayi, lamba deneme panosunda yakarak kontrol ediniz. 220 volt beslemeli ilemler yaparken çalitiiniz düzlemin islak olmamasina dikkat ediniz. Devreyi kurarken elektronik elemanlarin bacaklarinin kirilip kivrilmamasina dikkat ediniz. Bunun için elektronik eleman cimbizlarini kullanabilirsiniz. Triyak'in tetikleme ve akim taiyici uçlarina uygun kesitlerde kablolar kullaniniz.

Ø

18

Ø Ø Ø

devreye Ø Güç kaynai çikiini AVO metre ile ölçerek gerekli kademe seçimini yapiniz. LDR üzerine düen iii uygun materyal Ø LDR üzerine gelen iii yalitkan ve kullanarak engelleyiniz. koyu renkli materyal ile engelleyiniz. Devrede kullanilan "pot"un ayarini Ø Devredeki elemanlara enerjiyi deitirerek lambanin parlakliini azaltip kapamadan elle dokunmayiniz. çoaltmasini izleyiniz. Ø Devredeki elemanlarin isinip isinmadiklarini enerjiyi kapadiinizda parmak ucunuzla dokunarak anlayabilirsiniz. Gerekli kontrolleri enerji veriniz. yaparak Gerekli bilgi notlarini alip anlamadiiniz Ø konulari öretmeninize daniiniz. Devrenin özelliklerini ve i hayatina Ø uygulama tasarimlarini arkadalarinizla tartiiniz. Devreyi elemanlarina zarar vermeden Ø sökünüz. Oluan isidan Triyak'in etkilenmemesi için, isiyi çabuk emen, metal bir soutucu kullanabilirsiniz. Devreyi kurarken ve enerji verip denerken dikkatinizi ilem üzerine younlatiriniz. Arkadalarinizla çalima esnasinda akalamayiniz.

Ø

Ø

Ø

19

ÖLÇME VE DEERLENDRME ÖLÇME VE DEERLENDRME

OBJEKTF TESTLER (ÖLÇME SORULARI)

Aaidaki cümleleri doru veya yanli olarak deerlendiriniz. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Diyaklar tetikleme elemani olarak kullanilan iki uçlu elektronik devre elemanidir. Diyaklar ayni Diyotlar gibi tek yönlü akim geçirir. Diyain AVO metre ile kontrolünde bir yönde yüksek dier yönde düük direnç ölçülür. Diyain kirilma gerilimi 24­36 volt civarindadir. Triyak iki adet tristörün ters paralel balanmasiyla oluturulmu üç uçlu anahtarlama elemanidir. Triyak geytinden tetiklenmedii sürece uçlarina uygulanan gerilimin deeri ne olursa olsun yalitimda kalir. Triyaklarin üzerindeki oluan isi uygun soutucularla daitildii zaman ömürleri uzun olur Triyaklar sadece alternatif akimda kullanilmaz, DC akimda da anahtarlama yapabilir. UJT' ler de Triyaklari tetiklemede kullanilir KUDRAK ` lar içinde sadece iki adet Triyak barindirir. KUDRAK `in AVO metre ile yapilan ölçümlerinde her üç uç arasinda yapilan ölçümde yüksek direnç ölçülür. KUADRAI Triyain kullanildii bütün devrelerde Diyak kullanmadan kullanmak mümkündür.

DEERLENDRME

Cevaplarinizi modül sonundaki cevap anahtari ile karilatiriniz. Doru cevap sayinizi belirleyerek kendinizi deerlendiriniz. Yanli cevap verdiiniz ya da cevap verirken tereddüt yaadiiniz sorularla ilgili konulari faaliyete geri dönerek tekrar inceleyiniz Tüm sorulara doru cevap verdiyseniz dier faaliyete geçiniz.

20

ÖRENME FAALYET­2 ÖRENME FAALYET-2

AMAÇ

Bu örenme faaliyetini baariyla tamamladiinizda UJT`nin yapisini, çalimasini ve özelliklerini taniyacak, istenilen özellikte UJT seçebilecek ve pals osilatör devresinde UJT kullaniminin uygulamasini yapabileceksiniz.

ARATIRMA

Dc motor hiz kontrol devrelerinde kullanilan devre yapilarini ve devre elemanlarini, gevemeli(Relaxation) osilatör devresinin nerelerde ve ne amaçla kullanildiini aratirarak raporlayiniz.

2. UJT

2.1. Yapisi ve Özellikleri

ekil 2.1: UJT sembolü ve iç yapisi

21

UJT üç uçlu bir elemandir. Temel yapisi ekil 2. 1'deki gibi hafif katkilanmi (direnç karakteristii yükseltilmi), kalinca bir dilim n tipi silisyum malzemesi üzerinde p malzemesi oluturularak elde edilir. (Difüzyon yöntemi ile transistör üretim teknii). Yapisinda tek p - n eklemi bulunmasindan dolayi kendisine uni-junction (tek eklemli) denir. n malzemesinin iki ucu Beyz1 ve Beyz2 olarak adlandirilir. Bu özellii dikkate alinarak UJT ye çift beyzli diyot da denir. Sembolündeki emitör ucunun eimli olmasi UJT'yi Fetten ayiran özelliidir. Yapisinda tek bir p- n jonksiyonu bulunduu için dilimize tek bileimli transistör olarak çevrilen `' Uni ­ Jonksiyon ­ Transistör`' kelimelerinin ba harflerini kullanarak `'UJT'' adini almitir. çinde; RB2 olarak adlandirilan sabit deerli direnç, RB1 olarak adlandirilan deeri deiebilen ikinci bir direnç ve bir Diyot bulunur. B1 ­ B2 uçlarindaki direnç deeri 5K-10 K arasinda deiir. Ø UJT'lerin genel özellikleri · · · · h; sicaklik deiimlerine karsi oldukça kararlidir -50 derece ile +125 c arasinda karakteristiindeki farklilama %10'dan küçüktür. Sicaklik attikça h azalir, fakat RBB artar Ayni tip UJT'ler arasindaki sicaklik kararlilii iyi deildir. h %30 veya daha fazla olabilir. h; 0,5 ile 0,8 arasindadir.

2.2. Çalima lkesi ve Kullanildii Yerler

UJT'nin iletken olabilmesi için E-B1 uçlarinin doru, E-B2 uçlarinin ters polarize edilmesi gerekir. E ucuna (+) B1 ucuna (-) B2 ucuna (+) gerilim uyguladiimizda B2 ucundan B1 ucuna doru geçen IB akimi RB2 direnci üzerinde VRB2; RB1 direnci üzerinde de VRB1 gerilim düümlerini oluturur. Emiter ve B1 uçlari uygulanan gerilime de VEB1 adi verilir. UJT nin iletimde ya da yalitimda olmasi VRB1 VEB1 arasindaki baintiya göre belirlenir. VEB1 < VRB1 ise UJT yalitkandir. VEB1 = VRB1 ise UJT yine yalitkandir. VEB1 > VRB1 ise UJT iletken olur.

22

ekil 2.2: UJT çalima devresi

Bu durumda emiter ucundan B1 ucuna doru IE akimi geçer. VEB1 gerilimi VP tepe gerilimine ulatiinda IE akimi UJT' yi iletime götürür. Bu durum UJT' nin yalitim noktasi olan VV vadi gerilimine kadar devam eder.

ekil 2.3: UJT' nin karekteristik erisi

23

UJT'ler anahtar, pals jenaratörü, testere dii jenaratörü olarak; çounlukla osilatör, zamanlayici devrelerinde; tristör, Triyak gibi elektronik anahtarlarin tetiklenmesi ileminde kullanilir. UJT tetiklemeli tristörün yarim dalga yük kontrolü ve UJT tetiklemeli tristörün tam dalga yük kontrolü sikça karilaacainiz uygulama devreleridir.

2.3. UJT' nin Salamlik Kontrolü

ekil 2.4: (a)

AVOmetrenin direnç konumunda, E - B1 arasinda yapilan ölçümde bir yönde yüksek, dier yönde düük direnç ölçülür.

ekil 2.4: (b)

AVOmetrenin direnç konumunda, E - B2 arasinda yapilan ölçümde bir yönde yüksek, dier yönde düük direnç ölçülür.

ekil 2.4: (c)

24

AVOmetrenin direnç konumunda, B1 - B2 arasinda yapilan ölçümde her iki yönde düük direnç ölçülür. ( yaklaik 5 ­ 10 K )

2.4. UJT' nin Uçlarinin Bulunmasi

UJT nin uçlari bulunurken öncelikle emiter ucu tesbit edilir. kierli ölçümlerde her iki yönde düük direnç okunan grup B1 ­ B2 uçlaridir. Kalan dier uç emiter ucudur. Emiter ucu bulunduktan sonra E ucuyla dier iki uç arasinda yapilan ölçümde daha büyük okunan uç B1, daha küçük ölçülen uç B2 ucudur. Emiter ucuyla dier B1 ve B2 uçlarinin ölçümünde direnç okunduu andaki AVO metrenin probunun kirmizi ucu sabit tutuluyorsa `'n'' kanal UJT, AVO metrenin siyah ucu sabit tutuluyorsa `'p'' kanal UJT demektir. Bilgi Notu: UJT' nin programlanabilen eleniine PUT denir. Uçlari A (anot) K (katot) ve G (geyt) olarak adlandirilir. PUT''un di devresine balanan RB1 ve RB2 dirençleriyle PUT un tepe, vadi ve VRB1 deerleri programlanabilir.

2.5. PUT(programlanabilen Unijunction Transistör)

Programlanabilen tek eklemli transistör (PUT); yapisi ve sembolü yaklaik SCR'ye, karakteristik erisi ve çalima prensibi UJT'ye benzeyen bir devre elemanidir. Genellikle osilatör olarak kullanilir. Yapisi, elektriksel edeeri ve sembolü ekil 2. 5 'teki gibidir.

ekil 2.5: PUT'un yapisi, transistör elenii, sembolü

PUT'un gate ucu, anot ucunun yanindaki N malzemesine balanmitir. letime geçebilmesi için gate ucuna, anot ucuna göre negatif bir gerilim uygulanmalidir. PUT'un katot ucu, UJT'nin B1 ucuna benzer. Tetiklendiinde çiki sinyali bu uçtan alinir.

25

PUT'un anot ucu, UJT'nin emitör ucuna benzer. Anot gerilimi, tepe(pik) gerilim olarak adlandirilan, Vp deerine ulatiinda PUT tetiklenir. PUT'un gate ucu, UJT'nin B2 ucuna benzer. Gate gerilimi, besleme kaynaindan gerilim bölücü ile elde edilir. ekil 2. 5' teki transistör elenii devrede gate ucuna anot ucuna göre negatif bir pals uygulanirsa, Q1 transistörü iletime geçer ve ayni anda Q2 transistörünü de iletime sokar. Böylece Anot-Katot arasindan akim akar. Gate ucuna uygulanan pals kesilirse, Anot-Katot akimi kesilir.

ekil 2.6: PUT ile yapilan tipik bir osilatör devresi ve osiloskopta izlenen sinyali

ekildeki devreden alinabilecek üç farkli sinyalden en çok kullanilani Vo2 sinyalidir ancak yapilacak tasarima göre dier sinyaller de kullanilabilir.

26

ekil 2.7: Osiloskop ile UJT'nin incelenmesi

2.6. UJT'li (Gevemeli) Osilatör Devresi

ekil2.8: UJT ile yapilan osilatör devresi

Osilatör devresine gerilim uygulandiinda kondansatör R1 direnci üzerinden arj olmaya balar. ( =R1 . C) arj olmaya balayan kondansatör uçlarindaki gerilimin deeri t1 aninda VP tepe deerine ulatiinda UJT'yi iletime sokar. Kondansatör UJT içersinde bulunan RB1 direnci ve R3 di devre direnci üzerinden t1- t2 zaman dilimleri arasinda dearj olur( d= (R B1+R3) . C).

27

UJT iletken olduunda Kondansatör dearj olacai için kondansatör uçlarindaki gerilim Vv deerine kadar düer, bu durumda UJT tekrar yalitkan olur. UJT'nin tekrar iletken olmasi için emiter geriliminin tekrar VP deerine ulamasi gerekir. UJT iletken olduunda grafik üzerinde de görüldüü gibi B1 ucundan pozitif darbe elde edilir. Bu darbe genellikle tristör ve triyak gibi elektronik elemanlari tetiklemek için kullanilir. UJT ile ilgili IP, Iv, Vv ve ç gibi büyüklüklerin deerleri kataloglarda verilmitir. Osilasyonun iyi olabilmesi için di devre dirençlerinin ve uygulanmasi gereken gerilimin hesaplanarak uygun seçilmesi gerekir.

ekil 2.9: UJT ile yapilan osilatör devresine ait dalga ekilleri

IP = Tepe noktasi akimi (Pic) Iv = Vadi noktasi akimi (Vallee) V = Devreye uygulanan di devre gerilimi VP= UJT 'nin iletken olduu tepe noktasi gerilimi

28

Vv= Kondansatörün dearji sirasindaki minumum nokta ç= Stand-off sabiti RBB=Beyzler arasindaki direnç RBB=RB1+R2 Beyzler arasindaki direnç deeri 5 K ile 10 K arasinda deiir. RB1 ç= -----------------RB1+RB2 UJT sabiti 0,5 ile 0,75 arasinda deien deerlerdir. VRB1= ç . VBB UJT sabitinin beyzler arasindaki gerilimle çarpimi RB1 direnci üzerine düen gerilimi verir. VP=VRB1+VD VD silisyum transistör için 0,7 volt sabittir VP= ç . VBB+VD UJT'nin iletken olduu tepe noktasi gerilimi devreye uygulanan gerilimin deerine göre deiir V-VV V-VP -------- < R1 > ---------IV IP Kondansatörün arj süresini tayin eden R1 direncinin salikli bir osilasyon devresi için minumum ve maksimum deeri

Resim 2.1: UJT nin bacak yapisi ve kilif ekli

29

ÖRNEK Verilen devre ve eleman deerlerine göre;

ekil 2.10: UJT ile yapilan osilatör devresi

Kullanilan UJT'nin katolog deeri VV = 2 volt IV = 2 mA IP = 5 A ç = 0,7 RBB = 6 K 1- RB1 ve RB2 deerlerini bulunuz 2- UJT'nin iletken olduu VP tepe deerini bulunuz 3- R1 direncinin minumum deerini ve P potansiyemetresinin maksimum deerini bulunuz 4- Bulduunuz deerlere göre grafii çiziniz. ÇÖZÜM 1RB1 ç = ---------K RBB RBB = RB1 + RB2 den RB2 = 6 ­ 4,2 RB2 = 1,8 K

den

RB1 = 0,7. 6

RB1 = 4,2

30

2-VP deerini bulmadan önce UJT' nin iç devresini çizmek iimizi kolaylatiracaktir.

ekil 2.11: UJT'nin iç devresi

Kirmizi ile çizilen kisim UJT'nin iç devresini temsil etmektedir buna göre, V IB = ------------------------ = RB2 + RB1 + R2 VP = VD + VRB1 + VR2 transistör için VP = 0,7 + IB. RB1 + IB. R2 VR2 = 0,196 volt 35----V ­ VV V ­ VP ----------- < R1 + P > -------------IV IP 12 -1 ----------2 mA 12 ----= 0,7 + 1,96. 4,2 + 1,96. 0,1 12 12 --------------------- = ------4,2 + 1,8 + 0,1 6,1

= 1,96 mA

VD = 0,7 volt silisyum

VP = 9,128 volt

< R1 + P > 5 IA

5,5 K < R1 + P > 1,4 M R1 5,5 K P 1,4 M

31

ekil 2.12: UJT'nin dalga grafisi

32

UYGULAMA FAALYET UYGULAMA FAALYET

ekil 2.12: UJT tetiklemeli faz kontrol devresi

lem Basamaklari

Kuracainiz UJT tetiklemeli faz kontrol devresinin elemanlarini hazirlayiniz. --Bread-Board --Tristör TIC 106 --UJT 2N2646 --Pot 100 K --Direnç R1 = 47 K --Direnç R2 = 150 --Direnç R3 = 100 --Kondansatör 100 nF --S anahtari ( mikro anahtar) --DC güç kaynai (12 volt ) --Lamba ( 220 volt 100 wat ) --AC güç kaynai ( 220 volt 50 Hz ) --Deiik uzunlukta ve kesitlerde kablo Ø Devreyi emaya uygun olarak kurunuz. Ø Ø

Öneriler

Elemanlari öncelikle gözle kontrol ediniz. ( Kirik, kopuk, çatlak, izalosyonu bozuk, balanti uçlari yipranmi olabilir.) Elektronik elemanlari bölüm içerisinde anlatildii ekilde ölçü aletleriyle kontrol ediniz. Lambayi lamba deneme panosunda yakarak kontrol ediniz.

Ø

Ø

Ø

Ø

Devreyi kurarken elektronik elemanlarin bacaklarinin kirilip kivrilmamasina dikkat ediniz. Bunun için elektronik eleman cimbizlarini kullanabilirsiniz. Tristörün tetikleme ve akim taiyici uçlarina uygun kesitlerde kablolar kullaniniz.

33

Ø Ø Gerekli kontrolleri yaparak devreye Ø enerji veriniz. Ø Ø Ø Ø S anahtarini kapatip yanmasini izleyiniz. lambanin Ø

Devreyi kurarken ve enerji verip denerken dikkatinizi ilem üzerine younlatiriniz. Güç kaynai çikiini AVO metre ile ölçerek gerekli kademe seçimini yapiniz. DC güç kaynaini AVO metre ile kontrol ediniz. Devre deki elemanlara enerjiyi kapamadan elle dokunmayiniz. Devredeki elemanlarin isinip isinmadiklarini enerjiyi kapadiinizda parmak ucunuzla dokunarak anlayabilirsiniz. Oluan isidan tristörün etkilenmemesi için soutucu kullanabilirsiniz. Arkadalarinizla çalima esnasinda akalamayiniz. 220 volt beslemeli ilemler yaparken çalitiiniz düzlemin islak olmamasina dikkat ediniz.

Devrede kullanilan "Pot"un ayarini Ø deitirerek lambanin parlakliini azaltip çoaltmasini izleyiniz. Gerekli bilgi notlarini alip anlamadiiniz konulari öretmeninize Ø daniiniz. Devrenin özelliklerini ve i hayatina Ø uygulama tasarimlarini arkadalarinizla tartiiniz. Ø Devreyi elemanlarina zarar vermeden sökünüz.

Ø

Ø

34

ÖLÇME VE DEERLENDRME ÖLÇME VE DEERLENDRME

OBJEKTF TESTLER (ÖLÇME SORULARI)

Aaidaki cümleleri doru veya yanli olarak deerlendiriniz. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. UJT tetikleme elemani olarak kullanilan iki uçlu elektronik devre elemanidir. UJT'ler tristör gibi elemanlarin tetiklenmesinde kullanilir. UJT'nin AVO metre ile kontrolünde B1 - B2 arasinda bir yönde yüksek dier yönde düük direnç ölçülür. UJT n tipi malzemenin üzerinde p tipi malzeme yerletirilmesiyle oluturulmutur. UJT'nin iletime geçebilmesi için VEB1 > VRB1 olmasi gerekir. UJT'nin osloskopla incelenmesinde E ucundan alinan sinyal testere diine benzer. UJT'lerin programlanabilen benzerine PUT denir. UJT'nin soutucuyla kullanilmasi gerekir. UJT ler Triyaklari tetiklemede de kullanilir. UJT'nin içinde üç adet direnç bulunur. UJT'nin beyzleri arasinda ölçülen direnç deeri, 5 ila 10 ohm civarindadir. UJT'ler zamanlayici devrelerinde kullanilamaz..

DEERLENDRME

Cevaplarinizi modül sonundaki cevap anahtari ile karilatiriniz. Doru cevap sayinizi belirleyerek kendinizi deerlendiriniz. Yanli cevap verdiiniz ya da cevap verirken tereddüt yaadiiniz sorularla ilgili konulari faaliyete geri dönerek tekrar inceleyiniz Tüm sorulara doru cevap verdiyseniz dier faaliyete geçiniz.

35

ÖRENME FAALYET­3 ÖRENME FAALYET-3

AMAÇ

Bu örenme faaliyetini baariyla tamamladiinizda eri izleyicilerle ölçüm yapabilecek elemanlarin karekteristik özelliklerini gözleyebileceksiniz.

ARATIRMA

Elektronik cihazlarin tasariminda, ayarlarinin yapilmasinda, ariza aramada kullanilan görüntülü cihazlari aratiriniz. Frekans, genlik, faz açisi ölçmek için ne tür cihazlara ihtiyaç duyulduunu aratiriniz.

3. ER ZLEYCLER

Orijinal (ngilizce) adi Curve Tracer olarak bilinen elektronik elemanlarin dinamik karekteristiklerinin çikarilmasinda kullanilan osiloskop ekrani ve sinyal jenaratöründen olumu üzerinde deiik elemanlarin ölçümünde kullanilan ve jaklari bulunan ölçü aletidir. Elektronik elemanlarin kararli çalimalari ideale çok yakin karakteristik erileri olmasiyla dorudan ilgilidir. Hassas cihazlarda özellikle biyomedikal cihazlar gibi insan saliiyla direk ilintili olan cihazlarda bir elemanin çalimasi yeterli deildir, doru ve uygun nitelikte çalimasi gerekir. Eri izleyici cihazlarla elektronik elemanlarin kendilerine has karakteristik erilerini gözlemlememiz ve bu elemanlarin hassas cihazlarda kullanim uygunluunu test etmemiz mümkündür.

3.1. Yapisi

Bazi elektronik cihazlar kullanilarak Diyot karakteristikleri direkt olarak elde edilebilir. Örnein; eri izleyici cihaz (Curve Tracer) karekteristikleri bir osiloskop ekraninda hemen görmemizi salar. Eri izleyici cihazlar; bir osiloskop ekranindan, elaman giri soketlerinden; elamana ölçüm için gereken akim, gerilim, ön direnç, polarite seçim ayar komitatörlerinden ve sinyal jenaratöründen olumutur.

36

3.2. Çalimasi

Ölçümü yapilacak eleman, eri izleyici cihaz'in soketlerine takilarak eleman için uygun parametreler cihaza girilir, gerekli dinamik karekteristii oldukça kolay ve hizli bir ekilde ölçülür.

3.3. Kullanim Alanlari

Eri izleyici cihazlar elektronik ölçümlerde elemanlarin hizli ve kolay bir ekilde karekteristiinin çikarilmasinda, elemanlarin salamlik kontrolünde ve eleman uçlarinin tesbitinde sikça kullanilir.

3.4. Cihaz Üzerindeki Ölçüm Ayarlamalari

Eri izleyici cihaz üzerinde bir osiloskop ekrani ve aaidaki ayar komitatörleri mevcuttur.Ancak farkli tip ve modeldeki eri izleyicilerde farkli seçici anahtarlarin da bulunmasi mümkündür. Ölçümü yapilacak cihazin, çikarilmasi istenen karekteristiine göre seçim yapilarak ölçüm yapilir. Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø X ekseni voltaj komütatörü ( seçici anahtar) Y ekseni akim komütatörü Step voltaj komitatörü Kolektör voltaj komitatörü Seri direnç seçim komitatörü Kolektör polarite seçim komitatörü Step polarite seçim komitatörü Normal osiloskoplarda bulunan dikey ve yatay positon ( kaydirma) potansiyometresi Fokus ayar potansiyometresi Tek ve çift eri seçim komitatörü Karilatirmali ölçüm seçim komitatörü Eri kalibrasyon potansiyemetresi AC ve DC seçim anahtari Invert tersleme tuu Step sayisi seçim potansiyometresi Eri ayirici potansiyometresi

37

Aaidaki sayfalarda deiik firmalarin ürettii eri izleyici cihazlar'in resimleri verilmitir. Bulunduunuz eitim kurumunda bulunan eri izleyici cihazlarla bu cihazlari karilatiriniz.

Resim 3.1: TYPE 576 modeli

Resim 3.2: CA 4810 A modeli eri izleyici

Resim 3.3: Labaratuvar ortaminda TYPE 576

Resim 3.4: Eri izleyici cihaz ekraninda karekteristik erisi

Resim 3.5: Eri izleyici cihazla yüksek gerilim ölçüm seti

Resim 3.6: Bilgisayar elenikli Eri zleyici

38

Resim 3.7: Bilgisayar elenikli eri izleyici

Resim 3.8: Bilgisayarli eri izleyici ekran görüntüsü

Resim 3.9: Eri izleyici cihazlarin gelimi örnei spektrum analizör

Resim 3.10: Eri izleyici cihazlarin deiik ölçümlerde kullanilan proplari

Resim 3.11: TYPE 576

Resim 3.12: Portatif amaçli eri izleyici

39

Resim 3.13 37: GA modeli eri izleyici

Resim 3.14: Eski tip eri izleyiciler

Ø

Dinamik Diyot Karekteristii

Bu deneyde, eri izleyici kullanarak Diyot karakteristiklerini direkt olarak çikarmayi öreneceiz. eri izleyici cihazin ön görünümü ekil 3. 18'de ayrintili olarak verilmitir. Statik metot kullanarak diyot karakteristiini çikarmak oldukça zaman alacak ve yorucu bir çalimadir. Karakteristik deerlerinin hemen ölçülmesi veya koordinat eksenlerin de görülmesi istenir. Bu bölümde karakteristik çikarmak için "Eri zleyici - Curve Tracer" cihazini kullanmayi öreneceiz. Ø Deneyin Yapilii

Eri izleyici cihaz üzerinde diyot için ayrilmi soketlere diyodu (1N4148) takiniz. "Polarity" anahtarini "Diode Forward (ileri polarma)" konumuna aliniz. "Selector" anahtarini diyodu taktiiniz yöne (A/B) aliniz. Eri izleyici cihazinin "Current Limit" anahtarini "Power" konumuna aliniz. Osiloskobun "y" giriine Eri zleyicinin "vertical" çikiini, "x" giriine ise eri izleyicinin "horizontal" çikiini balayiniz. Osilaskobun V/cm dümesini 2V/cm konumuna ayarlayiniz. Eri zleyicinin "power" anahtarini "on" konumuna alarak cihazi çalitiriniz. Eri zleyicinin "Base current" ve "Sweep Voltage" komütatörlerini Osiloskop ekraninda Diyodun ileri yön karakteristiini görene kadar ayarlayiniz Osiloskop ekraninda elde ettiiniz karakteristii, ekil 3. 9 (a)' daki koordinat ekseni üzerine orantili olarak çiziniz. Not: Diyot karakteristiini osiloskop ekraninda ters olarak göreceksiniz. Karakteristii koordinat eksenine çizerken düzeltiniz.

40

ekil 3.9: a ve b Eri izleyici ile diyot karakteristikleri

Diyodun ters yön karakteristiini elde etmek için Polarity anahtarini "Diode Backward (ters polarma)" konumuna aliniz, deneyi tekrarlayiniz. Elde edilen karakteristii ekil 3. 9 (b)'deki koordinat ekseni üzerine orantili olarak çiziniz. Bu deneyi, germanyum diyot (AA143) için de ayni ekilde tekrarlayiniz. Osiloskop ekraninda elde ettiiniz ileri yön (Forward) karakteristiini ekil 3. 10 (a).'ya, ters yön karakteristiini ise ekil 3. 10 (b)'ye çiziniz.

ekil 3.10: .a ve b Eri izleyici ile germanyum diyot karakteristikleri

41

UYGULAMA FAALYET UYGULAMA FAALYET

lem Basamaklari

Ø Eri zleyici ile ölçümünü yapacainiz elektronik devre elemanlarini hazirlayiniz. Ø

Öneriler

Elemanlari öncelikle gözle kontrol ediniz. ( kirik, kopuk, çatlak, izalosyonu bozuk, balanti uçlari yipranmi olabilir.) Elektronik elemanlari bölüm içerisinde anlatildii ekilde ölçü aletleriyle kontrol ediniz. Eri zleyici cihazin gerekli kademe seçimini yapiniz. Devreyi kurarken ve enerji verip denerken dikkatinizi ilem üzerine younlatiriniz. Devreyi kurarken elektronik elemanlarin bacaklarinin kirilip kivrilmamasina dikkat ediniz. Bunun için elektronik eleman cimbizlarini kullanabilirsiniz. Devredeki elemanlara enerjiyi kapamadan elle dokunmayiniz. Devredeki elemanlarin isinip isinmadiklarini enerjiyi kapadiinizda parmak ucunuzla dokunarak anlayabilirsiniz. Arkadalarinizla çalima esnasinda akalamayiniz. 220 volt beslemeli ilemler yaparken çalitiiniz düzlemin islak olmamasina dikkat ediniz.

--Eri zleyici `'Curve ­ Tracer'' --Bread-Board --NPN 9013 Transistör --N kanal FET Transistör --1N4148 Diyot --IRF 840 VMOS Transistör --Deiik uzunlukta ve kesitlerde kablo Ø Ø Ø Ø Gerekli kontrolleri yaparak eri izleyici cihazi çalitiriniz Malzemeleri Eri izleyici cihaza uygun bir ekilde yerletiriniz.

Ø

Ø Ø

Ø Gerekli bilgi notlarini alip anlamadiiniz konulari öretmeninize daniiniz. Cihazin özelliklerini ve i hayatina uygulama tasarimlarini arkadalarinizla tartiiniz.

Ø

Ø

Devreyi elemanlarina zarar vermeden Ø sökünüz.

Ø Ø

42

ÖLÇME VE DEERLENDRME ÖLÇME VE DEERLENDRME

OBJEKTF TESTLER (ÖLÇME SORULARI)

Aaidaki cümleleri doru veya yanli olarak deerlendiriniz. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Eri zleyici cihazlar osiloskop ekranindan ve sinyal jenaratöründen olumutur. Eri zleyici cihazlarin orijinal adi Curve Tracer dir. Eri zleyici cihazlarla sadece üç uçlu elemanlarin ölçümü yapilir. Eri zleyici cihazlar ile dinamik karekteristik çikarmak oldukça hizli ve kolaydir. Eri zleyici cihazla ölçüm yapabilmek için elemanlara enerji vermek gereklidir. Eri zleyici cihazlarla elektronik ölçüm diinda mekanik, titreim ölçümleri de yapilabilir. Eri zleyici cihazda ölçümü yapilan elemanlar için cihazda uygun jaklar bulunur. Eri zleyici cihazda ölçümü yapilan elemana diaridan ön direnç balanmalidir. Eri zleyici cihazlar sadece labratuvar ortaminda kullanilir. Eri zleyici cihazlarla iletkenlerin kopukluk kontrolü yapilabilir. Eri zleyici cihazlar enerjilerini ölçüm yapilan elemanlardan salar. Spektrum analizörler eri izleyici cihazlarin gelitirilmi eklidir.

Test - 3

DEERLENDRME

Cevaplarinizi modül sonundaki cevap anahtari ile karilatiriniz. Doru cevap sayinizi belirleyerek kendinizi deerlendiriniz. Yanli cevap verdiiniz ya da cevap verirken tereddüt yaadiiniz sorularla ilgili konulari faaliyete geri dönerek tekrar inceleyiniz Tüm sorulara doru cevap verdiyseniz dier faaliyete geçiniz.

43

ÖRENME FAALYET­4 ÖRENME FAALYET­4

AMAÇ

Bu örenme faaliyetini baariyla tamamladiinizda GTO' nun yapisini, özelliklerini, tetikleme yöntemlerini bilecek, eri izleyicilerle ölçümünü yapabilecek, istenilen özellikte GTO seçebilecek ve GTO kullanarak uygulama devresi yapabileceksiniz.

ARATIRMA

Yüksek güçlü akimlarin dorultulmasi amaciyla kullanilan devre elemanlarini ve devre türlerini aratiriniz. Kontrollü dorultucularin ve yük kontrol elemanlarinin çalimasi ve uygulamalari hakkinda bilgi toplayarak raporlayiniz.

4. GTO

GTO'nun tanitilmasina geçilmeden tristörün taninmasi gerekmektedir. Çünkü GTO'lar tristörün yalitima geçirmedeki zorluklarini gidermek için tasarlanmi yari iletkendir.

4.1. Tristörün Yapisi ve Özellikleri

ekil 4.1: Tristörün sembolü ve transistör elenii

44

ekil 4.2: Tristörün madde yapisi

Tristör pnpn tipi maddelerin yan yana getirilmesiyle meydana getirilmitir. Anot (A), katot (K) ve Geyt (G) diye adlandirilan üç ucu vardir. Deiik kilif ekillerinde Anot ve Katot uçlari Geyt ucuna göre daha kalin imal edilir.Geyt ucunun bali olduu maddeye göre n kapili ya da p kapili olarak ikiye ayrilir. Uygulamada daha çok p kapili olanlari kullanilir. Bu nedenle p kapili tristörler daha çok üretilir. ç yapisindan da görüldüü gibi içerisinde pnp ve npn tipi iki transistör barindirir. Tristörün A ucuna (+), K ucuna (-) G ucuna (+) gerilim uygulanirsa tristör iletime geçer. letime geçmesi için Geyt ucuna çok kisa bir süre (+) tetikleme gerilimi uygulamak yeterlidir. Bir kere iletime geçen tristörü geyt ucuna uygulanan tetikleme gerilimini keserek yalitima götürmek mümkün deildir.

ekil 4.3: Tristörün çalima devresi

ekil 4. 3' teki devrede S anahtarina basildiinda TR2 transistörünün beyzine (+) gerilim uygulandii için TR2 iletken olur. letken olan TR2' nin emiteri üzerinden TR1' in beyzine negatif gerilim uygulandii için TR1 de iletken olur. letken olan TR1'in emiteri ve kolektörü üzerinden TR2'nin beyzine pozitif gerilim uygulandiindan bu durum TR2 yi iletimde tutar. ki transistör birbirlerine doyuma götürerek tristörün anot katot arasindan akim geçiine izin verir.

45

ekil 4.4 deki karakteristik erisinde görüldüü gibi; Anot katot arasindaki gerilim deeri (+) Vmax deerine kadar arttirilirsa Tristör geytinden tetiklenmeden iletime geçer. Anot katot arasindaki gerilim (-) Vmax deerine ulatiinda Tristör üzerinden ters yönde maksimum akim geçecei için Tristör yirtilir. Tristörün geytine uygulanan akim miktari arttikça anot katot arasina uygulanan gerilim deeri küçük olsa da Tristör iletime geçer. IG3 > IG2 > IG1

ekil 4.4: Tristörün karekteristik erisi

4.1.1. Tristörü letime Götürme Yöntemleri

Ø Ø Ø Ø Doru yönlü anot katot gerilimini artirmakla `' + Vmax deerine ulatiinda Tristör tetiklenmeden iletime geçer.'' Geyt ucuna pozitif gerilim uygulamakla `' Geyte küçük bir (+) gerilim uygulanirsa tristörün içindeki transistörler birbirlerini doyuma götürerek Tristörü iletime geçirir.'' Anot katot uçlarindaki gerilimin deeri çok hizli deitirilirse `'pnpn maddelerinin birleme noktalari Kondansatör etkisi oluturup Tristör üzerinden dearj olmaya çalitiinda Tristör iletken olur.'' Tristörün çalima sicaklii artirilirsa `'Tristör düük isilarda daha büyük akimlar ile tetiklenebilirken yüksek isilarda oldukça düük akim deerleri ile tetiklenebilir, ayrica çalima isisi attikça sizinti akimlari artar ve bu durum Tristörü iletime geçirir. Bu durum istenmeyen bir durumdur.''

46

4.1.2. Tristörü Yalitima Götürme Yöntemleri

Ø Ø Ø Ø Ø Seri anahtarla durdurma Paralel anahtarla durdurma Kapasitif durdurma Rezonans durdurma Alternatif akimda durdurma

4.1.2.1. Seri Anahtarla Durdurma

ekil 4.4: Tristörü seri anahtarla durdurma

ekil 4.4' te Tristörü yalitima götürmek için yüke ve Tristöre seri bali S anahtari açilarak anot ve katot uçlarindaki gerilim kesilir. Sik açma kapama yapilmayan küçük bir gerilimle kumanda edilebilen devrelerde kullanilir. Uygulamada sik kullanilmaz.''

4.1.2.2. Paralel Anahtarla Durdurma

ekil 4.5: Tristörü parelel anahtarla durdurma

ekil 4. 5' te yük üzerinden geçen akim B2 anahtari üzerinden bir süre geçirilerek Tristörün anot katot gerilimi kesilir. Böylece Tristör yalitima götürülür. B2 butonuna bir süre basmak gerekir. Butondan elimizi çektiimizde Tristör yalitima geçer tekrar iletime geçirmek için B1 butonuna basmak gerekir.Bu sistemde, görüldüü gibi çok kullanili bir sistem deildir.B2 butonunun akim ve gerilim deerleri en az tristörün deerleri kadar olmalidir. Akliniza u sorular gelebilir.

47

Seri anahtar ve parelel anahtarla durdurma sistemlerinde Tristör deerlerine sahip anahtarlar kullanilmasi zorunlu ise niye Tristör kullaniliyor? Yukarida deindiimiz gibi seri ve parelel anahtarla durdurma ilemi sik kullanilan durdurma sistemlerinden biri deildir.

4.1.2.2. Kapasitif Anahtarla Durdurma

ekil 4.6: Tristörü Kapasitif anahtarla durdurma

ekil 4. 6' da görüldüü gibi B1 butonuna basildiinda tristör iletime giderek lambanin yanmasini salar. Ayni anda Rc direnci üzerinden C kondansatörü arj olur. Tristörü yalitima geçirmek istediimizde B2 butonuna basarsak C kondansatörü tristörün anot katot uçlarina ters polarma verecei için tristör kisa sürede yalitima geçer. Bu sistem uygulamada en çok kullanilan sistemdir.

4.1.2.3. Alternatif Akimda Durdurma

ekil 4.7: Tristörü AC akimda durdurma

48

ekil 4. 7 de B butonuna bastiimizda Tristör pozitif alternasta iletime geçer, lamba yanar; ancak negatif alternasta kendiliinden yalitima geçer. Tristörün devamli iletimde kalabilmesi için B anahtarinin devamli kapali durmasi gerekir. B anahtari devamli kapali durumda kalsa bile Tristör, AC akimin pozitif alternaslarinda iletimde, negatif alternaslarinda yalitimda kalir ve lamba normal AC akimda yandii gibi parlak yanmaz. Biz Tristörün bu özelliini lamba karartma devrelerinde yarim dalga yük kontrollerinde kullanabiliriz. Yukarida örendiimiz gibi tristörle çok büyük yükleri devreye almak oldukça kolay olmasina karin, ayni yükleri devreden çikarmak oldukça zordur. Baka bir deyile Tristör geytine uygulanan oldukça küçük doru polarmali bir gerilimle de iletime geçirilebilinir, ancak geytine uygulanan gerilim kaldirilsa da yalitima geçirilemez. Yalitima geçirmek için yukarida da açiklandii gibi karmaik ve maliyet açisindan büyük sistemler kullanmak gerekir. te tristörün bu eksikliini gideren iletime geçirmedeki kolaylii yalitima götürürken de salayabilen elemanlara ihtiyaç duyulmu ve üretici firmalar GTO adini verdiimiz yeni bir eleman üretmilerdir.

4.1.3. Tristörün AVOmetre ile Salamlik Kontrolü ve Uçlarinin Bulunmasi

AVOmetrenin direnç konumunda yapilan ölçümlerde A ­ G her iki yönde de yüksek direnç ölçülmelidir. K ­ G arasi yapilan her iki yönlü ölçümde bir yönde yüksek dier yönde düük direnç ölçülmelidir. Düük direnç okunduu anda AVO metrenin kirmizi probunun dokunduu uç Geyt ucu, siyah probunun dokunduu uç katot ucudur. A ­ K arasi yapilan her iki yönlü ölçümde yüksek direnç ölçülmelidir . Tristörün üzerindeki yazilari okuyacak gibi bize çevirdiimizde bacaklari aaiya gelecek ekilde sirasiyla; 1. bacak =K; 2. bacak= A; 3.bacak=G (geyt) eklindedir.

Bilgi notu

Soutucu balanabilen kilif ekillerinde soutucuya temas edecek çiplak kisim anot ucu olarak da adlandirilir. Bu yüzden 220 voltla çalimalarda tristörün bali olduu soutucuya dokunmak oldukça tehlikelidir. Di görünüleri ayni olan tristör ve triyai birbirinden ayirt etmek için eleman uçlari A1 - G arasi iki yönlü ölçümde düük direnç ölçülürse eleman triyaktir. Bir yönde düük dier yönde yüksek direnç ölçülürse eleman tristördür.

49

ekil 4.8 (a) Geyt Katot arasi yapilan ölçümde bir yönde yüksek direnç dier yönde düük direnç okunmalidir.

ekil 4.8 (b) Geyt anot arasi yapilan her iki yönlü ölçümde yüksek direnç okunmalidir

ekil 4.8 (c) anot katot arasi yapilan her iki yönlü ölçümde yüksek direnç okunmalidir ekil 4.8: Tristörün AVOmetreyle kontrolü

50

4.1.4. Tristörün Eri zleyici ile Ölçülmesi 4.1.4.1. Dinamik Tristör Karakteristii

Statik metot kullanarak tristör karakteristiini çikarmak oldukça zaman alici ve yorucu bir çalimadir. Karakteristik deerlerinin hemen ölçülmesi veya koordinat eksenlerinde görülmesi istenir. Bu bölümde karakteristik çikarmak için eri izleyici (Curve tracer) cihazini kullanmayi öreneceiz. Ø Ön bilgi

Bazi elektronik cihazlar kullanilarak tristör karakteristikleri direkt olarak elde edilebilir. Örnein eri izleyici cihaz (Curve Tracer); karakteristikleri bir Osiloskop ekraninda hemen görmemizi salar. Bu deneyde eri izleyici kullanarak tristör karakteristiklerini direkt olarak çikarmayi öreneceiz. Eri izleyici cihazinin ön görünümü ekil 4. 9'da ayrintili olarak verilmitir.

4.1.4.2. Deneyin Yapilii

Eri izleyici cihaz üzerinde tristör için ayrilmi soketlere tristörü(BT 150) takiniz. "Polarity" anahtarini "diode forward (ileri polarma)" konumuna aliniz. "Selector" anahtarini Tristörü taktiiniz yöne (A/B) aliniz.

Resim 4.1: Curve tracer (eri izleyici) cihazinin ön görünüü

51

Eri izleyici cihazinin "Current Limit" anahtarini "power" konumuna aliniz. Osilaskobun "y" giriine eri izleyicinin "vertical" çikiini, "x" giriine ise eri izleyicinin "horizontal" çikiini balayiniz. Osiloskobun V/cm dümesini 2V/cm konumuna ayarlayiniz.eri izleyicinin "power" anahtarini "on" konumuna alarak cihazi çalitiriniz. Eri izleyicinin "Base current" ve "sweep voltage" komutatörlerini Osiloskop ekraninda Tristörün ileri yön karakteristiini görene kadar ayarlayiniz. Osiloskop ekraninda elde ettiiniz karakteristii ekil 4.10' daki koordinat ekseni üzerine orantili olarak çiziniz. Not: Tristör karakteristiini Osiloskop ekraninda ters olarak göreceksiniz. Karakteristii koordinat eksenine çizerken düzeltiniz.

ekil 4.10: Eri izleyici ile tristörün doru yön karakteristikleri

ekil 4.11: Eri izleyici ile tristörün ters yön karakteristikleri

Tristörün ters yön karakteristiini elde etmek için Polarity anahtarini "Diode Backward (ters polarma)" konumuna aliniz deneyi tekrarlayiniz. Elde edilen karakteristii ekil 4. 11' deki koordinat ekseni üzerine orantili olarak çiziniz.

52

Ø

Özet

Bu test sonucunda, herhangi bir Tristörün anot ve katot uçlarinin belirlenecei gibi salamlik kontrolü de yapilabilmektedir. dinamik tristör karakteristiinin eri izleyici cihaz kullanarak çikarilmasi görülmütür.

Resim 4.2: Yüksek güçlü tristör kilif ekilleri ve balanti terminalleri

53

Resim 4.3: Yüksek güçlü GTO tristörler

Resim 4.4: Yüksek güçlü oldukça küçük boyutlu GTO tristörler

Resim 4.5: Tristör sürücü devresi

54

4.2. GTO Yapisi ve Özellikleri

Normal Tristörler güç elektronii uygulamalarinda hemen hemen ideal alterler olarak kullanilir. Kapama yönünde birkaç bin volt deerindeki gerilimleri ve iletim yönünde ise birkaç bin ampere kadar çikan akim deerlerini birkaç voltluk gerilim düümü ile iletir. Tristörler kapilarina bir kontrol sinyali uygulanarak istenildii anda iletime geçirilebilir. Bununla birlikte Tristörlerin anahtarlama uygulamalarindaki kullanimlarini önleyen ciddi bir eksiklii vardir. Bir kontrol sinyali uygulayarak tikamaya geçirilemez. Bu tikamaya geçirilme özelliinin kazandirilmasi için eleman yapisinda bazi deiiklikler yapilmalidir. GTO Tristör (Gate Turn-Off thyristor), normal bir Tristörde olduu gibi p-n-p-n yapiya sahiptir fakat katot bölgesi, kapiya uygulanan pozitif bir akimin elemani iletime sokacai ve kapiya uygulanan negatif bir akimin elemani iletimden çikaracai ekilde tasarlanmitir. Sonuç olarak, siradan bir Tristörle karilatirirsak, GTO Tristör iki yolla iletimden çikarilabilir: Siradan bir Tristördeki gibi, ileri akiminin tutma akimi IH0'dan düük bir deere azaltilmasiyla Kapiya negatif kapama akiminin uygulanmasiyla Bunun diindaki özellikleri, karakteristii normal Tristör ile aynidir.

ekil 4.13: GTO Tristörün çalimasi

ekil 4.13 (a)'da tetikleme için, pozitif akim uygulanii ; (b)'de GTO' dan geçen ileri akim IA ve J3 jonksiyon bölgesinde IA `den çikarilan negatif kapama akimi IG ; (c)' de ise sonuç olarak, IA­IG sonucunda I<IH0 olmasi gereken I akimi J3 jonksiyonundan geçer. Bu durum olursa, Tristör iletimden çikar. Eer p-n-p-n yapisi alani yeteri derecede büyükse, yanal elektrik alanlari ve yanal taiyici younlama ini çikilari oluur. Bu nedenle, açiklanan IA­IG çikartmasi sadece kapi çevresinde uygulanabilir. Daha uzak bölgelerde bu unsur uygulanamaz ve GTO, negatif kapi akimi ile ( IG ) iletimden çikarilamaz. letimden çikarilma mekanizmasinin ilemesini salamak için p-n-p-n yapisinin katot bölgesi için özel bir tasarim uygulanmasi gerekir.

55

GTO Tristör; inverterlerde, chopper devrelerinde, elektronik anahtarlama ve dier uygulamalarda kullanilmaktadir. GTO' nun avantajli olmasi, siradan bir tristörü iletimden çikarmayi kolaylatiran komutasyon zamanini elde etmek için gerekli olan chopper devrelerinde yardimci endüktanslar ve kapasitelerin atilmasi olayina balidir. letimden çikma kazanci, anot akiminin kapamaya yol açan kapi akimina oranina eittir ve tipik deeri 3 ­ 5 mertebesindedir. Tam yük durumlari altinda, uygunsuz isinma ve kapi balantisinda olasi erime meydana gelebilir. Tetikleme darbesi, darbe eklinde balamali ve tGD (maksimum kapi kontrolü gecikme zamani) zamanina uygun olacak bir biçimde devam etmelidir. Yüksek kapama kazanci elde etmek için geri tikama gerilimi etkili bir ekilde azaltilmitir.Bir devrede kullaniliyorsa Tristörü korumak için seri bir diyot balanmalidir. letime girme ve serbest kalma süreleri bu elemanlar için genelde bir mikro saniye mertebesindedir. GTO` nun iletimdeki gerilim düümü ayni büyüklükteki normal bir tristörle karilatirilirsa, GTO' nun e deer direncinin büyük olmasindan dolayi daha fazladir ve nominal akimdaki tipik deeri 3 volt mertebesindedir. Kilitleme ve tutma akimlari da yüksek deerdedir. letimde iken anot akimi tutma akimi seviyesine kadar azalirsa, kristal yapida akimin geçmedii izole adalar oluabilir. Anot akimi tekrar artirildiinda ve kapi akimi bulunmamasi halinde, akimin tekrar tüm yüzeye yayilmamasi ihtimali vardir. Sonuçta, bölgesel isinma sonucu eleman tahrip olabilir. Böyle bir sorunu meydana gelme olasilii bulunan uygulamalarda, GTO' nun iletim süresince kapi akiminin sürekli olarak geçirilmesi gerekir. GTO Tristörün mevcut akim deeri 3500 A, gerilimi 6000 V' tur.

4.2.1. GTO'larin SCR'lere Göre Üstünlükleri

Ø Ø Ø Ø Zorlanmi komitasyon teknikleri kullanilmadii için komütasyon elemanlari yoktur böylece fiyat airlik ve hacim yönünden düüktür, Komütasyon bobinlerinin olmayiindan dolayi akustik ve elektromanyetik gürültüleri yoktur, Hizli yalitima gitme özelliinden dolayi yüksek anahtarlama frekanslarinda kullanilir, Kullanildiklari konvertörlerin verimini yükseltir.

56

4.2.2. Temel Yapisi ve Akim Gerilim Karekteristii

GTO 'nun geçirme mekanizmasi normal tristörle benzerlik tair. 4 katmanli eleman, iki transistörün balanmasi ile düünülebilir fakat elemanin iletimdeki ve airi akimdaki davranii için iyi bir örnek deildir. Anot katot uçlarina ileri gerilim uygulandiinda geri gerilimli merkez jonksiyonu bulunduundan akim geçmez. Eer bir pozitif akim geçirilirse, akim taiyicilar jonksiyon merkezinde oluur ve eleman iletime geçer. Akim taiyicilarin oluumuna göre jonksiyon merkezindeki akim aaidaki gibidir.

IA = IC 0 + npn.IA + pnp. IA =

IC 0 1 - npn - pnp

Burada,IC0, Tristördeki sizinti akimdir ve á, transistör ortak baz kazancina eittir. Buradan, taiyicilarin arti orani "C", p bölgesinin içlerinde;

C = IL.( ánpn ­ 1 +á pnp ).

Eer C > 0 ise, taiyici sayisi artar ve bu da iletime neden olur. ánpn+á balidir.

pnp,

IL akimina

Eer C < 0 olduunda, taiyicilar tainir fakat ikinci jonksiyonundaki boaltma tabakasinin artmasi, bu tainma oranina kari koyar. bu da bir potansiyel tepe oluturur ki bu da iletime kari koyar. Bu durum, kapidan akimi geri çekme ile oluturulabilir. Böylece yeni oran:

C = IG.ánpn +IL( ánpn + á pnp-1 ) olur.

Kapi akimi negatiftir ve böylece, taiyici orani "C" nin negatif olmasina neden olabilir.

IG - IL

(npn + pnp - 1) npn

Uygun bir geri devrilme gerilimine uygun olarak ánpn ve á pnp` nin seçimiyle, iletimden çikma orani IL/IG, 2­10 oranindaki deerlere sahip olabilir. Maksimum periyodik frekansi yaklaik olarak 100 kc/s` dir. Yüksek frekanslar büyük anahtarlama kayiplari anlamina gelir.

57

ekil 4.14: GTO`nun kesit perspektif görünüü ve GTO` nun sembolü

ekil 4. 14a' da, kapi katot yapisinin birbiriyle çoalan bölmeleriyle GTO' nun dikey kesiti gösterilmitir. GTO` da p2 baz tabakasinin kalinlii, siradan bir Tristöre oranla biraz daha küçüktür GTO ve siradan bir Tristör yapilari arasinda üç önemli fark vardir. lk fark, kapi ve katot yapilarinin, karmaik kivrimli yapilari içeren çeitli tipteki geometrik formlarla birçok bölmelere ayrilmi olmasidir. Temel amaç, katot çevresini büyütmek ve kapidan katot bölgesi merkezine olan uzakliin azaltmaktir. kinci fark, katodu çevreleyen silisyumun asitle aindirilarak uzaklatirilmasi ile katot bölgelerinin oluturulmasidir. Böylece, katot bölgeleri, ekilde de gösterildii gibi adalar veya yükseltiler olarak görünür. Bu katot adalari, direk olarak metal soutucu plakasina balidir ve bu da katot balantisinin diariya verilmesini salar. Üçüncü ve daha önemli fark ise, GTO' nun anot bölgesiyle ilgilidir. Düzenli araliklarda, n1 baz tabakasini biçimlendiren n-- bölgesiyle temasi salamak için n+ bölgesi, p tipi anoda (p1 tabakasi) sizar. n+ bölgeleri, ayni maden kaplama üzerinde, p tipi anotla temas halindedir ve kisa devre anot oluur. Kisa devre anot yapisi GTO' nun kapamaya geçmesini hizlandirmak için kullanilir. Eleman geri gerilimleri tikasin diye, bazi GTO `lar kisa devre anotsuz yapilir. GTO `nun ileri yöndeki I-V karakteristii siradan bir tristörünkiyle aynidir. Bununla beraber, geri yönde, kisa devre anot yapisindan dolayi GTO aslinda tikama yeteneine sahip deildir. Geri yönde tikama yapan tek jonksiyon J3 'tür ve oldukça düük bir devrilme gerilimine (tipik olarak 20 ­ 30 V) sahiptir. GTO `nun devre sembolü ekil 4. 14 b`de gösterilmitir.

58

4.2.3. Kapama Kazanci

ekil 4.15: Bir tristörün basitletirilmi modeli

GTO `nun temel ileyii, siradan bir Tristörle aynidir. ki eleman arasindaki balica farklar, kapidan kapamaya sokulabilme özelliinin kazandirilmasi için ana Tristör yapisinda yapilan deiikliklere dayanir. GTO yapisinin siradan bir Tristörle neden farkliliklar taidii ve hangi uzlamalarin yapilmasi gerektiinin anlailmasi iki Transistör e deer devresinde kapama durumlarinin incelenmesiyle mümkün olur (ekil 4. 15) p devresine gelen pozitif bir darbe ile Q1 transistörü ve ardindan Q2 iletime geçer. Devre kilitlenir ve kapidaki darbe kesildii halde transistörler hala iletimde kalir. GTO `nun iletimden çikabilmesi için uygulanacak negatif bir akimin Q2 transistörünün IC2 akimini kesmesi gerekir. E deer devredeki Q1 - Q2, Tristör geçirmedeyken doymutur. Bununla beraber, eer Q2 ` ye doru olan temel akimi, doymayi korumak için (Iâ2< I C2 /â2) , gerekli olan deerden az yapilmalidir. Daha sonra, Q2 aktif olur ve bir veya her iki Transistör aktif olunca, devrede mevcut olan yenileyici hareketten dolayi tristör kapamaya geçer. ekil 2,3 (b)'deki e deer devreyi kullanarak, Tristör uç akimlarina göre Iâ2 `yi yazabiliriz:

Iâ2= á1 . IA -IG'

Burada IG' ,normal kapi akiminin negatifidir. E deer devreden, Q2 `yi doymadan çikarmanin tek yolunun bir negatif kapi akimi IG' olduu görülebilir. Kollektör akimi IC2 u ekildedir:

IC2 = (1-á1).IA

Iâ2< I düzenlersek:

C2

/â2 eitsizliini, â2= á2 / (1-á2) ve yukaridaki iki denklemi kullanarak

59

IG ' =

I OFF

âOFF parametresi, kapama kazancidir

4.2.4. Gerekli Yapisal Deiiklikler

Normal bir tristörü GTO `ya deitirmek için ilk adim, kapama kazancini uygulanabilir kadar büyük yapmaktir. Böylece negatif kapi akiminin çok yüksek deerlerinin önüne geçilmi olur. Bu durumda á1 küçüktür ve á2 de bir yakinindadir. á2 ` yi bu durumda yapmak, n-p-n transistörü Q2 için dar bir p2 tabakasinin kullanimini ister. Bu adimlar, bir BJT `de büyük bir beta deeri elde etmek için gerekli olan ve siradan bir tristörün fabrikasyonunda kullanilan normal adimlardir. á1 `i küçük yapmak için, n1 tristör tabakasi (Q1 transistörünün bazi) mümkün olduunca kalin olmalidir ve taiyici ömrü bu katmanda kisa olacaktir. Kalin bir n1 tabakasi, bir tristör fabrikasyonunda standarttir çünkü bu katman, ileri tikama durumundaki eleman çalimasi sirasinda J2 jonksiyonunun boaltma tabakasini barindirmalidir. Bununla birlikte, kisa ömürlü taiyicilara duyulan ihtiyaçla, bu bölgede geçirmedeki güç kayiplarini en aza indirmek için uzun ömürlü taiyicilara duyulan ihtiyaç arasinda uyumazlik vardir. Kapidan tikamaya sokulabilme özelliinin elde edilmesi için taiyici ömürlerindeki bazi azalmalar kabul edilmelidir ve sonuç olarak GTO' nun siradan bir Tristöre göre, verilenbir akim deerinde, daha yüksek bir geçirme gerilim düümü vardir. Yukarida anlatilan, taiyici ömürlerdeki uyumazlik ihtiyaçlari, ekil 4.14' te gösterildii gibi kisa devre anot yapisiyla büyük ölçüde ortadan kaldirilmitir. GTO' nun kapamaya sokulmasi için, airi miktardaki taiyicilarin özellikle deliklerin n1 tabakasindan tainmasi (kaldirilmasi) gerekir. Kisa devre anot yapisindan dolayi, hiç geri anot katot gerilimi olamaz ve böylece airi miktardaki taiyicilarin temizlenmesi (tainmasi) için gereken geri anot akimlari da olamaz. Airi miktardaki bu taiyicilarin tainmasi için tek yol, difüzyon ve iç tekrar birlemelidir. Bununla beraber, GTO'daki n+ bölgeleri, delik difüzyonu duvarini (engelini) kaldirir. Bu, delik difüzyonunun büyük bir oranda olmasina izin verir. Böylece n1 tabakasindaki airi miktardaki delikler en azindan difüzyonla olduu kadar iç tekrar birleme ile de tainir. Net sonuç, elemanin kapanmasi sirasinda toplam depolanmi yükün daha hizli tainmasidir ve böylece iletimdeki kayiplar diinda siradan bir tristörle karilatirildiinda GTO'nun daha kisa serbest kalma (Turn Off) ve ileri algilama zamanlari vardir. Bu kisa devre anot yapisi, serbest kalma ve algilama zamanlarinin azaltilmasinda çok etkilidir ve bazen RCT denilen özel Tristör yapilarinda da kullanilir. RCT'lerin GTO'da olduu gibi kisa serbest kalma ve algilama zamanlari vardir fakat bir negatif kapi akimiyla tikamaya geçirilemez çünkü gerekli bazi yapisal deiiklikleri içermez.

60

GTO'nun kapidan tikamaya sokulma yetenei için gereken, çoalan bölmeli bir yapiya sahip olan kapi ve katot yapisinin kullanimidir. Bu, (çoalan bölmeli kapi ve katot yapisinin kullanimi) da geçirme ve kapama sirasinda p2 tabakasindaki yanal gerilim düümlerini en aza indirir. Bu yanal gerilim düümleri, özellikle siradan Tristörlerde göze çarpar. Bu gibi yanal gerilim düümleri, akim yiilmasi problemleri ve di/dt sinirlamalarina neden olur. Bununla birlikte, çoalan bölmeli kapi- katot yapisinin kullanimi - ki bu yapilar, kapi kontaklari ve katot bölgesi ortasi arasinda oldukça kisa mesafelere sahiptir - bu problemleri en az indirir. Büyük kapi kapama akimlari ile kapi metal kaplamasinda önemli gerilim düümlerinin önüne geçmek için kapi metaline gelen kontaklar, ince yüzeyde aralikli dizilmitir.

4.2.5. GTO Tetikleme Yöntemleri

GTO' lar, normalde bastirma devreleriyle birlikte kullanilmalidir. GTO anahtarlama davraniinin gerçekçi bir açiklamasi bastirma devrelerinin etkilerini de içermelidir. ekil 4.16' da gösterilen gerilim azaltici konvertör devresi (Bu devre anahtarlama elemani olarak GTO' yu kullanir.) anahtarlama dalga ekillerinin açiklanmasinda kullanilacaktir. GTO sadece akim gerilim seviyelerinin büyük olduu yerlerde deil, ayrica GTO ile birletirilen dier yari iletken bileenlerin yava olduu, sadece orta-yüksek güç uygulamalarinda kullanilir. Bu nedenle, ekil 4. 16'daki Df diyodu, çok hizli bir algilama diyodu olmayacaktir. Dier taraftan, GTO' nun çoalan bölmeli kapi katot yapisindan dolayi diyodun geri algilama zamaniyla karilatirildiinda GTO'nun daha hizli akim yükselme zamani vardir. Bunun sonucu olarak, koruyucu devreler olmadan, diyodun oldukça yava geri algilamasi nedeniyle çok büyük airi akimlar hem GTO'dan hem de Diyottan geçebilecektir. Bastirma devresi, GTO' nun uçlarina uygulanabilecek gerilim yükselme hizini artirir ve iletimden çikma kabiliyetini iyiletirir. Bir pozitif kapi akimi darbesiyle GTO iletime sokulur. letime geçmeden önce CS bastirma devresi kondansatörü, UD kaynak gerilimi ile arjlidir. letime geçerken CS , RS ve GTO üzerinden boalir . Enerjisinin büyük bir bölümü RS ` de harcanir. Negatif kapi akimi darbesi ile GTO kesime geçirildiinde CS , DS diyodu üzerinden salinarak dolar.Seri bali olan kaçak endüktanslar, GTO` nun uçlarindaki gerilim yükselme hizini sinirlar.Bastirma devresinin güç kaybi yaklaik olarak;

61

ekil 4.16: Kapama ve geçirme bastirmalariyla birlikte gto' nun kullanildii bir konvertör devresi

PS = (½).CS.UD2.f `dir. Burada `'f `'iletme (darbe) frekansidir. ekil 4. 16'daki bastirma indüktörü, devrede bir geçirme bastirmasi olarak davranmasi için devrede bulunmaktadir. GTO `nun iletime geçmedeki davranii normal tristörünkine benzerdir fakat iletimden çikma karakteristikleri farklidir (ekil 4.19).negatif kapi akimi olutuunda, anot akimi (IA) belirli bir gecikmeden sonra dümeye balar. Bu süre çok kisadir (yaklaik olarak <1ìs ), Geçirme yönünde pozitif bir anot gerilim olumaya baladiinda ve anot akimi bastirma devresi üzerinden geçmeye çalitiinda, LS kaçak endüktansi bir gerilim siçramasina neden olur. Eer bu gerilim tepesi büyükse zararlidir ve akim younluu bölgesel isinmalar sonucu, sekonder devrilmeye sebep olabilir. Bu da ariza durumudur. Bu problem, bastirma devresi kaçak endüktansinin minimuma indirilmesiyle giderilebilir. Siçrama geriliminden sonra anot gerilimi normal UD deerini almadan önce bastirma devresi rezonansindan dolayi büyük bir deerden geçerek salinir. Bu sirada , anot akiminda, bir sapma akimi oluur. Bu akima kuyruk akimi denir. Bastirma devresi kondansatörünü arttirarak, kuyruk akimi ve bu gerilim darbesi küçültülebilir fakat bu da bastirma devresi kayiplarinin artmasina neden olur. Normalde GTO `nun bastirma kondansatörü, normal tristörünkine göre birkaç kat daha büyüktür. GTO, kapamaya sokulduunda, anot-katot geriliminin büyüme orani, dv/dt belirli seviyelerde sinirlandirilmalidir. Yoksa GTO' nun tekrar geçirmeye tetiklenmesi meydana gelir. Bu sebepten, ekil 4. 16'da gösterildii gibi, anahtarlama devresinin bir parçasi olan kapama bastirmasi bulunmaktadir. Tavsiye edilen kapi durumlarini karilayan bir kapi sürme devresi ekil 4.17'de gösterildii gibi-GTO tristör üreticileri tarafindan önerilmitir.

62

ekil 4.17: Bir GTO için kapi sürme devresi

4.2.6. letime Geçmedeki Geçici Rejim

ekil 4. 16`daki konvertör devresinde, GTO kapamadayken, akim Df Diyodu serbest döngüdedir. ekil 4. 18'de gösterildii gibi bir kapi akimi darbesi iletime geçmeyi balatir . Geçirmeye girme süresince, hem kapi akimi arti orani, diG/dt ve hem de kapi akimi tepe deeri, IGM, bütün katot adalarinin iletime geçmesini ve anot akiminin uygun dinamik bir paylaimi olmasini salamak için büyük olmalidir. Yoksa çok az bir miktarda olan adalar toplam akimi taiyacak ve yerel termik kaçi olayi meydana gelecek ve GTO da zarar görecektir. letime geçme ileminin tamamlanmasini salamak için yeterli bir zaman gerekir bunun için, mesela 10ìs, büyük bir IGM deeri salanir. letime girmenin tamamlanmasinin ardindan, istenmeyen kapamayi önlemek için bütün bir geçirme periyodu süresince bir minimum sürekli kapi akimi IGT`nin akmasi gereklidir. Kapi akimi sifirsa ve anot akimi çok düük bir deere inerse, bazi katot adalari iletimi kesebilir. Eer anot akimi sonradan artarsa, geri kalan iletimdeki adalar akimi tutamayabilir ve sonuç olarak ortaya çikan bir termik kaçi sonucu GTO tahrip olabilir.

63

ekil 4.18: Geçirme ve kapama bastirma devreli bir konverterdeki GTO `nun geçirme dalga ekilleri

TG1 ve TG2 transistörlerinin her ikisinin de iletime geçmesiyle ,ilk kapi akimi büyük darbesi ekil 4. 17'deki kapi sürme devresi tarafindan salanir. Pozitif kapi sürme devresindeki kaçak endüktans, iletimde büyük bir diG/dt deeri elde etmek için minimum deerde tutulmalidir. Bir süre sonra (tw1), TG1 ` in kapamaya geçmesiyle kapi akimi IGM deerinden IGT ' ye azaltilacaktir. Anot akiminin büyümesi süresince, giri gerilimi, GTO ve geçirme bastirma endüktansi arasinda paylailir. Eer anot akiminin di/dt` si, büyük deerinden dolayi bu endüktans tarafindan sinirlandirilirsa, daha sonra (ekil 4. 18) GTO üzerindeki gerilim aniden oldukça düük bir deere düecektir. Anot akimindaki darbe, DF diyodunun geri algilamasindan gelir.

4.2.7. Kesime Geçmedeki Geçici Rejim

ekil 4.19'da gösterildii gibi, GTO, büyük bir negatif kapi akiminin uygulanmasiyla kapamaya sokulur. Meydana gelen akim ve gerilim dalga ekilleri ekil 4.16' daki devredeki GTO için yukarida gösterilmitir. Kapama sirasinda birkaç farkli zaman aralii vardir. ekil 4. 17'deki kapi sürme devresi, TG3 transistörünün iletime geçmesiyle negatif kapi akimi salar.

64

ekil 4.19: Geçirme ve kapama bastirma devreli bir konverterdeki GTO `nun kapama dalga ekilleri

Kapi akimi (iletimden çikma kazanci 3­5 deerine karilik olarak ) anot akiminin %20 - % 35`i gibi çok büyük bir deerde olmalidir. Bu büyük negatif akim sadece kisa bir zaman için istenir. Düük gerilimli MOSFET ' ler, TG3 için hemen hemen ideal bir seçimdir. Kisa bir depolama (storage time) zamani ve kisa bir anot akimi düü zamanina sahip olmak için ve kapi güç kaybini azaltmak için, negatif diG/dt büyük bir deerde olmalidir. Bununla birlikte, çok büyük deerdeki negatif diG/dt, anot kuyruk akiminin daha kisa tanimlanmasi sonucunu dourur. Bu nedenle, diG/dt, eleman üreticisi tarafindan belirtilmi sinirda tutulmalidir. Negatif diG/dt, kapi sürme devresinin negatif kapi sürme parçasindaki LG ve VGG- ile kontrol edilir. Burada VGG- , kapi-katot jonksiyon devrilme geriliminden daha küçük seçilmelidir. VGG- `nin bilinmesiyle, belirtilmi diG/dt ` yi verecek ekilde LG seçilir. Büyük GTO için negatif kapi sürme devresindeki kaçak endüktans, gereken LG deerine eit olabilir. lk zaman aralii süresince, depolama zamani tS süresince, büyüyen negatif kapi akimi (ekil 4. 20) katot adalarinin çevresindeki p2 ve n2 tabakalarindaki depolanmi yükleri tair. Depolanmi yük, çevreden tainmaya devam ederken, bo plazma bölgesi büyüklüü ( katot adalarinin ortalarina doru yanal bir yönde yayilma hizi denilen bir hizla genileyerek) artar. Depolanmi yükün yeterli bir miktari tainmisa, GTO`daki yenileyici hareket durdurulmutur ve anot akimi dümeye balar. Bu da, depolanma zamaninin sonunu belirtir.

65

GTO'nun yenileyici hareketi durdurulduunda, anot akimi hizla dümeye balar. IO iA akimi, GTO uygulamalarinda oldukça büyük olan kapama bastirma kapasitesi CS'i söndürür. Kapama bastirma devresi çevrimindeki kaçak endüktanstan dolayi, GTO üzerindeki gerilimde ezamanli hizli bir yükselme vardir. Anot akimi düü zaman aralii süresince gerilim tepesi tepe deerini belirtilmi bir deerde tutmak için, bu kaçak endüktans (ekil 4. 16`daki Ló ) minimumda tutulmalidir. Kapi katot jonksiyonundaki airi miktardaki taiyicilar diari taindiinda ve jonksiyon geri tikama yeteneini tekrar elde ettiinde, anot akim düü zamani (t f i ) sona erer. Kapi katot jonksiyonunun geri tikama yeteneini tekrar elde etmesiyle birlikte, kapikatot gerilimi negatif deerlere artmaya balar ve böylece negatif kapi akimi hizla azalmaya balar (ekil 4. 19). LG endüktansinda endüklenen gerilim kapi akiminin azalmasina izin vermez (akimi akmaya zorlar) ve kapi katot jonksiyonu primer devrilmeye (çi olayi sonucu meydana gelen devrilme ) girer. Daha sonra, kapi-katot jonksiyonu bir zener diyot gibi çalimaktadir. Bu süre içinde, diG/dt öyle verilir:

diG VGK , Devrilme - VGG - = dt LG

Bu primer devrilme kisa bir süre için düünüldüünde istenilir bir olaydir. Bu süre, tw2, kapi-katot jonksiyonu primer devrilme zamanidir. Bu olayin istenmesinin nedeni, mümkün olduunca çok depolanmi yükün kapi ve p2 tabakasindan sürüklenmesini salamaktir. Bu süre LG ve VGG- `nin seçimiyle kontrol edilebilen diG/dt` ye balidir. tw2 süresi, kapi-katot jonksiyonunun tahribatini engellemek için belirtilen maksimum deerin altinda tutulmalidir. tw2 süresinin sonunda, GTO 'nun iki temel bölgesinde ( n1 ve p2 tabakalari ) hala bazi airi depolanmi yük bulunacaktir. Bu kalan yüklerin hareketi sonucu, anot ve negatif gerilimli kapi arasinda anot kuyruk akimi olarak adlandirilan küçük bir anot akimi akmaya devam eder. Bu akim, anot ve kapi gerilim farkinin büyümesiyle sürülür. Kuyruk akiminin aktii süre anot kuyruk akim zamani `' tkuyruk `' olarak adlandirilir. tkuyruk zamaninin büyük bölümü süresince kapi gerilimi VGG- deerindedir. Bu deer bütün bir kapama süresi boyunca kapi geriliminin sahip olacai bir deerdir.

dVAK I 0 dt CS

Kuyruk akimi zaman aralii süresince, GTO gerilimi ­aaidaki baintiyla bulunansabit bir deere doru büyür: Bu aralik (tkuyruk) , kapama kayiplarinin büyük bir bölümünü oluturur çünkü bu süre oldukça uzundur ve GTO gerilimi de büyük deerdedir. Kapamadaki airi gerilim (ekil 4. 19), güç devresindeki kaçak endüktanstan dolayidir. Anot-katot airi gerilimi , airi gerilim bastirma devreleriyle azaltilabilir.

66

4.2.8. Minimum Kapama ve Geçirme Süreleri

GTO, belirli bir süre geçmeden, kapamadan ileminden iletime geçirilmemelidir. Bunun nedeni, çeitli katot adalari arasinda zayif akim paylaimi olasiliindandir. Azinlik taiyicilar, uzun ömürlü olduklarindan dolayi uzun süre GTO` da kalir. Bu geriye kalan azinlik taiyicilari, taiyicilarin çevresinde bazi katot adalarina neden olurlar ki, bu adalarin dierlerine göre daha iyi bir iletme karakteristii vardir. Buradan, eer taiyicilar tekrar birlemeden veya sürüklenmeden önce GTO iletime sokulmaya çaliilirsa, akimin büyük miktari bu az sayidaki adalar (zayif akim paylaimi ) tarafindan tainir ve eleman tahribi meydana gelebilir. Benzer olarak, kapama balatilmadan önce, belli bir zaman periyodu için GTO iletimde tutulmalidir. Nedeni ise, çeitli katot adalari arasinda zayif akim paylaimi olasilii gösterilir. Devre tasarimcisinin, uygun bir çalima için, iletim ve kapama bastirmalarinin (anilan siraya göre ) bir minimum kapama durumu ve bir minimum geçirme durumu süresine ihtiyaci olduunu bilmesi gerekir.

4.2.9. Maksimum Kontrol Edilebilir Anot Akimi

Maksimum kontrol edilebilir akim, kapisindan kontrol edilerek kesilebilen en büyük akimdir. Negatif kapi akiminin yükselme hizi artirilarak daha büyük anot akimlari kontrol edilebilir. p2 tabakasindaki airi taiyicilar, negatif kapi akimi için taiyicilarin kaynaidir. Negatif kapi akimi ve bo plazma bölgesi büyüdükçe (ekil 4. 20), kapi katot jonksiyonundaki gerilimde bir artma vardir (p2 katmanindaki kapi akiminin yanal geçiinden dolayi olduu belirtilmitir. Katot çevresinde kapi kontaina yakin noktalarda jonksiyon gerilimi en yüksektir. Eer bu gerilim jonksiyon devrilme gerilimini aarsa negatif kapi akimi sadece devrilmenin olduu katot çevresinde akar. Geriye kalan depolanmi yüklerin hiçbiri tainmayacaktir ve GTO kapamaya geçirilmeyecektir. Bu nedenle, VGG- gerilimi, kapi - katot jonksiyon devrilme geriliminden daha az tutulmalidir. Negatif kapi-katot gerilimindeki sinirlama, GTO 'dan çikarilabilecek bir maksimum kapi akiminin olduu anlamina gelir. Depolanmi yükün tainmasi son evresine girdiinde, airi taiyicilarin bölgesi, katot adasi merkezi yakinlarindaki küçük bir alanda daralmitir ve kapi balanti noktasindan en uzak noktadadir. Bu durumlar altinda, geri gerilim en yüksek deerindedir. Yanal omik direnci (ekil 4. 20(b)) eleman geometrisinin bir fonksiyonu olup maksimum negatif kapi akiminin ne kadar olacainin belirlenmesinde kullanilir. Bu da ayrica, iletimden çikarilabilecek bir maksimum anot akiminin olduu anlamina gelir.

67

IG '

I OFF

IA OFF . IG , max .

Kontrol edilebilir maksimum anot akimi eleman üreticisi tarafindan verilen kataloglarda gösterilmitir.

ekil 4.20: (a)

ekil 4.20: (b) ekil 4.20: Bir negatif kapi akimiyla kesilebilen maksimum anot akimini belirleyen mekanizma.

Ø Ø

Youn-taiyici plazmayi katot adasinin merkezinde küçük bir hacme sikitiran negatif kapi akimi. Maksimum kapi akimini sinirlandiran, p2 tabakasindaki yanal omik direnç.

68

4.2.10. GTO'larda Airi Akim Korumasi

MOSFET ve BJT `de olaan dii bir olay sonucu oluan airi akim, elemanin doymadan çikip aktif bölgeye girmesine neden olur. Eleman, maksimum akimi kendisi sinirlar ama eleman üzerindeki gerilim çok büyük deerlere ulair. Böylece, airi akim durumu, elemanin iletimdeki geriliminin ölçülmesiyle kolaylikla bulunabilir. Airi akim, akim sensörü vasitasiyla veya MOSFET için bir SENSEFET kullanarak bulunabilir. Bu airi akim bulunduunda, BJT veya MOSFET'ler birkaç mikrosaniyede kesime geçirilerek koruma gerçekletirilir.

ekil 4.21: GTO çin airi akim koruma yöntemleri

Ø Ø Ø

Airi akimlarin tanimi, Çoalma metodu ile airi akim korumasi, Sigortanin açmasina kadar köprüdeki bütün gto'larin akimi paylamak için iletime geçirilmeleriyle gerçekleen airi akim koruma metodu.

Bu koruma ilemi, GTO'larda çok daha karmaiktir. ekil 4. 21 (a)'da gösterildii gibi, müsaade edilen akim tepe deeri, güvenlik faktörü tarafindan, maksimum kontrol edilebilir akimdan küçük seçilmelidir. GTO'da airi akim, akim algilanmasiyla bulunmalidir. Eer saptanan akim, maksimum kontrol edilebilir akimdan küçükse, örnein ekilde A noktasindaysa, GTO bir negatif kapi akimiyla iletimden çikarilabilir. Bununla birlikte, eer airi akim maksimum kontrol edilebilir akimdan büyükse, örnein ekilde B noktasindaysa, GTO bir negatif kapi akimiyla iletimden çikarilmaya çaliilirsa GTO bozulur. Bu nedenle, GTO "çoalma teknii" (crowbarring) denilen yöntemle korunur. Böyle bir devrede, bir tristör GTO'ya paralel balidir (ekil 4. 21(b)) ve tristörün aniden iletime geçmesiyle sigorta atar. Çoalma teknii olmadan ekil 4. 21 (b) `deki devrede GTO'yu korumanin tek yolu, daha büyük akim deerlerindeki bir GTO kullanmaktir, fakat bu da pahalidir.

69

ekil 4. 21 (c)'de gösterildii gibi bir üç faz konfigürasyonunda, alti adet GTO'nun da ayni anda iletime geçmesiyle çoalma teknii elde edilebilir. Üç koldaki GTO'larin hepsinin ayni anda iletime geçmesiyle sigortadan geçen akim 3 kola ayrilir ve GTO da sigorta atincaya kadar bu akimi taiyabilecek kapasitededir.

4.2.11. GTO Uygulamalari

ekil 4.22' deki devre GTO DC amfidir. Giri uçlarina pozitif gerilim uygulandiinda, C1 kapasitesi, R1 direnci ve uygulanan gerilime bali olarak belirli bir deere kadar arj olur. Eer uygulanan gerilim (4 katmanli D) diyodu devrilme geriliminden yüksekse, belirli bir zaman sonra ( t1) diyot iletime geçer.

t1 = R1.C1.loge[Vgiri/(Vgiri ­ VB0 )] saniye

GTO'da meydana gelen akim geçii, onun iletime geçmesini salar ve akim yük direnci RL den akar. Ayni zamanda, C3 kapasitesi yük gerilimi +E deerine kadar arj olur ve C2 kapasitesi R2 direnci üzerinden arj olur. C2 üzerindeki gerilim, Zener diyot devrilme gerilimini atiinda TH tristörünün kapisindan bir akim geçecektir. Yükte gerilimin görüldüü noktaya kadar olan zaman gecikmesi t2'dir:

t2 = R2.C2.loge[E/(E ­ V2)] saniye

Tristör iletime geçer, yük akimi bir anlik GTO kapisindan geçer ve GTO iletimden çikar. Tam bir iletimden çikmayi gerçekletirmek için C3 kapasitesi sayesinde GTO kapikatot geri gerilimi sürdürülür (korunur). C1 kapasitesinde yeterli yük depolanmisa T H tristörü 4 katmanli D diyodunun iletime geçmesine neden olacaktir. Böylece devre resetlenir ve ilemler tekrarlanir. Ortalama çiki gerilimi, giri gerilimi Vgiri `nin bir fonksiyonu olduu için devre bir DC amfi gibi davranir. Ortalama çiki gücü { Vçiki = [t2/( t1+t2)].E } volttur ve bu da :

VÇIKI =

R 2.C 2. log e[ E /( E - V 2)] Volttur. R1.C1. log e[Vgiri /(Vgiri - VB 0)] + R 2.C 2. log e[ E /( E - V 2)]

70

ekil 4.23: Giri gerilimi (Vin) ile çiki geriliminin deiimi.

Bu iliki ekil 4.23`te grafiksel olarak gösterilmitir. Daha lineer bir iliki istenirse, bir geri besleme sistemi kullanilmalidir. ekil 4. 24'te bir yüksek güç solenoid sürücüsü gösterilmitir. Giri uçlarina pozitif bir gerilim darbesi uygulandiinda, GTO iletime geçer ve solenoid üzerindeki gerilim (E) ,kaynak gerilimine doru üstel bir ekilde artar. Bununla birlikte, bu seviyeye ulailmadan önce, 4 katmanli diyot (D) devrilme gerilimine ulair ve bir anlik olarak GTO kapisina gelen akim GTO'yu iletimden çikartir. Darbe uzunluu:

ekil 4.24: Yüksek güçlü solenoid sürücü ve devre dalga ekilleri

71

T = R.C . log e[ E /( E - V B 0)]saniyedir

ekil 4.25: Sabit gerilimle motor sürme devresi

Bir baka uygulama ise ekil 4. 25' te gösterilmitir. Bu düzenleme, bir DC motor armatür (rotor) geriliminin sabit tutulmasi için tasarlanmitir. Güç uygulandiinda, C1 kapasitesi gerilimi, Zener Diyot ZD `nin zener gerilimini amasina kadar GTO kapamada kalir. Bu olay olursa GTO kapisindan akim geçer ve böylece GTO iletime geçer.C2 kapasitesi arj olur ve- 4 katmanli D Diyodu devrildiinde GTO iletimden çikar. Daha sonra C1 arj olur ve GTO' nun tekrar iletime geçmesine neden olur. Böylece motor üzerindeki gerilim istenen deer üzerinde salinir.

72

UYGULAMA FAALYET UYGULAMA FAALYET

ekil 4.22: GTO ile yapilan DC yükselteç

Ø

Kuracainiz GTO DC devresinin elemanlarini hazirlayiniz. --Bread-Board --GTO --Tristör --Zener diyot --Direnç R1 = 47 K --Direnç R2 = 150 --Direnç Ry = 100 --Kondansatör C1=100 nF --Kondansatör C2=100 nF --Kondansatör C3=100 nF --4 katmanli diyot --DC güç kaynai (12 volt ) --AC Güç kaynai ( 220 volt 50 Hz ) --Deiik uzunlukta ve kesitlerde kablo Ø Devreyi emaya uygun olarak kurunuz.

Ø

Ø

Elemanlari öncelikle gözle kontrol ediniz. (kirik, kopuk, çatlak, izalosyonu bozuk, balanti uçlari yipranmi olabilir.) Elektronik elemanlari bölüm içerisinde anlatildii ekilde ölçü aletleriyle kontrol ediniz.

Ø

Ø

Ø

Gerekli kontrolleri yaparak devreye enerji veriniz.

Ø

Devreyi kurarken elektronik elemanlarin bacaklarinin kirilip kivrilmamasina dikkat ediniz. Bunun için elektronik eleman cimbizlarini kullanabilirsiniz. Tristörün tetikleme ve akim taiyici uçlarina uygun kesitlerde kablolar kullaniniz. Güç kaynai çikiini AVO metre ile ölçerek gerekli

73

kademe seçimini yapiniz. Ø Ø DC güç kaynaini AVO metre ile kontrol ediniz Devredeki elemanlarin isinip isinmadiklarini enerjiyi kapadiinizda parmak ucunuzla dokunarak anlayabilirsiniz. Devredeki elemanlara enerjiyi kapamadan elle dokunmayiniz. Oluan isidan tristörün etkilenmemesi için alüminyum soutucu kullanabilirsiniz. Arkadalarinizla çalima esnasinda akalamayiniz. Devreyi kurarken ve enerji verip denerken dikkatinizi ilem üzerine younlatiriniz. 220 volt beslemeli ilemler yaparken çalitiiniz düzlemin islak olmamasina dikkat ediniz.

Ø Ø

Gerekli bilgi notlarini alip anlamadiiniz konulari öretmeninize daniiniz. Devrenin uygulama tartiiniz. özelliklerini ve i hayatina tasarimlarini arkadalarinizla

Ø Ø

Ø Ø Devreyi sökünüz. elemanlarina zarar vermeden Ø

Ø

74

ÖLÇME VE DEERLENDRME ÖLÇME VE DEERLENDRME

OBJEKTF TESTLER (ÖLÇME SORULARI)

Aaidaki cümleleri doru veya yanli olarak deerlendiriniz. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. GTO tetikleme elemani olarak kullanilan üç uçlu elektronik devre elemanidir. GTO'lar tristörün kullanildii tüm devrelerde kullanilir. Tristörün eri izleyici ile dinamik karakteristiini çikarmak mümkündür. Tristörler pnpn maddelerin yan yana getirilmesiyle oluturulmutur. Tristörün'nün iletime geçebilmesi için geyt ucundan tetiklenmesi tek yoldur. Tristör'ün yalitima geçmesi için geyt akimini kesmek yeterlidir. GTO lar Tristörün kolay bir ekilde yalitima geçirilebilen benzeridir. Tristör'ün soutucuyla kullanilmasi gerekir. GTO lar oldukça büyük güçlü yapilir. Tristörün AVOmetreyle anot katot arasi ölçümde her iki yönde de yüksek direnç ölçülmelidir. 11. Tristörün çiplak kisminda anot gerilimi olduundan çiplak elle dokunmak tehlikelidir. 12. GTO'lar geyt kapilarina uygulanan negatif kapama akimiyla durdurulurlar.

Test - 4

DEERLENDRME

Cevaplarinizi modül sonundaki cevap anahtari ile karilatiriniz. Doru cevap sayinizi belirleyerek kendinizi deerlendiriniz. Yanli cevap verdiiniz ya da cevap verirken tereddüt yaadiiniz sorularla ilgili konulari faaliyete geri dönerek tekrar inceleyiniz Tüm sorulara doru cevap verdiyseniz dier faaliyete geçiniz.

75

ÖRENME FAALYET­5 ÖRENME FAALYET­5

AMAÇ

Bu örenme faaliyetini baariyla tamamladiinizda IGBT' nin yapisini, özelliklerini, tetikleme yöntemlerini bilecek, eri izleyicilerle ölçümünü yapabilecek, istenilen özellikte IGBT seçebilecek ve IGBT kullanarak uygulama devresi yapabileceksiniz.

ARATIRMA

Yüksek güçlü ve yüksek frekansli devrelerde kullanilan anahtarlama elemanlarini aratiriniz. nternet arama motorlarinda IGBT ve uygulamalari hakkinda aratirma yaparak raporlayiniz.

5. IGBT

Orijinal adi Insulated Gate Bipolar Transistor kelimesinin ba harflerinden olumutur. Geyti izole edilmi Bipolar Transistör demektir.

5.1. IGBT Yapisi, Özellikleri ve Çalimasi

Gerilim kontrollü bir eleman olan zole Kapili Bipolar Transistörün (IGBT) yapisi e deer devresi ve sembolü ekil 5. 1' de görülmektedir. Bipolar Transistör (BJT) ve MOSFET'in iyi taraflarinin IGBT'de bir araya getirilmesi amaçlanmitir. Yapisindaki MOSFET nedeniyle giri empedansi yüksek, BJT yapisi nedeniylede iletimdeki gerilim düümü azdir. BJT'deki gibi sekonder devrilme sorunu yoktur. Anahtarlama hizlari MOSFET'ten düük BJT'den yüksektir. Yapisi MOSFET'in yapisina benzer. Aradaki fark burada Drain'deki `'N'' tabakasinin yerini, kolektördeki `'P'' tabakasinin almasidir. Eer kapi ucu emitere göre pozitif yapilirsa `'P'' bölgesinde bir `'N'' kanali oluur. Taban-emiter jonksiyonu geçirme yönünde kutuplanmi olan pnp Transistörü iletime geçer ve `'N'' bölgesinin iletim durumunu deitirir. Bu durumda iletimdeki gerilim düümünde MOSFET'e göre çok büyük bir iyileme olur. Parazit npn transistörü yüzünden, tristördeki gibi kilitlenme olayi meydana gelmesi `'P tabakasi direncin iyi ayarlanmasi ile engellenmitir. Normal olarak eleman sifir geriliminde kesimdedir. Bu gerilim `'P'' bölgesindeki iletim kanalini ortadan kaldirir. Modern IGBT'lerde `'N'' bölgesinde proton iinlanmi azinliktaki taiyici ömrünün kontrolü ve emitere bir `'N'' ara tabaka eklemek suretiyle, kuyruk akimi çok azaltilmitir.

76

BJT ve MOSFET'e kiyasla IGBT daha yüksek bir akim younluuna sahiptir. Ayni anma deerlerine sahip MOSFET'e göre boyutlari % 30 oranindadir. MOSFET'e göre giri empedansi çok düüktür. Ayni zamanda kapi kollektör kapasitesinin, kapi emiter emiter kapasitesine orani daha düüktür. nsulated Gate Bipolar Transistor genellike güç elektronii devrelerinde kullanilan (kgk[ups], dogrultucu, ac/dc motor kontrolü vs) bir yari iletken elemandir. Kontrolü mosfet Transistöre benzer. Gerilim farki ile sürüldüünden kontrol sirasinda güç kaybi düüktür. Kontrol edilen akimin akii transistor gibidir. Dolayisi ile mosfet ve normal transistorun pozitif yönlerini kullanan güzel bir elemandir. Son yillarda, IGBT'nin baarisi çarpici olarak gelimitir ve IGBT'nin uygulama alanlari, özellikle yüksek güç uygulamalarinda oldukça büyük gelime göstermitir. IGBT ve diyot, son derece düük kaçak endüktansla bir güç modül paketinin içinde birletirilmitir. IGBT'lerin, daha düük kayip, uzun süre dayanma yetenei, düük gürültü ve düük maliyet gibi birçok avantajlari vardir.

ekil 5.1: IGBT'nin yapisi

ekil 5.2: IGBT'nin transistör elenii ve sembolü

77

5.1.1. Statik Davranilari (Karekteristikleri)

ekil 5. 3'te IGBT'ye ait tipik bir kolektör emiter akim gerilim karekteristii verilmitir. Karekteristik prensip olarak MOSFET'inkine benzer. Fakat burada Drain ve Kaynak uçlarinin yerini sirasiyla kolektör ve emiter almitir. Ayrica kollektör emiter gerilimi hiçbir zaman sifir olmamakta, bir eik gerilimi deerinden baliyarak doyma bölgesinde yaklaik dorusal olarak deimektedir. Pratik olarak kollektör emiter geriliminin 1,2 Volt mertebesindeki eik gerilimi ile bir edeer dirençteki gerilim düümünden ibaret olduu söylenebilir. Bunlarin ikiside, taban emiter gerilimine (UGF) balidir. Nominal akimdaki toplam gerilim düümü yaklaik 3­3,5 volttur.

ekil 5.3: IGBT'nin kollektör emiter karekteristii

ekil 5.4: Kollektör emiter doyma geriliminin sicaklikla ilikisi

78

5.1.2. Güvenli Çalima Bölgesi

IGBT' de sekonder devrilme söz konusu olmadii için güvenli çalima bölgesi; kontrol edilebilen maksimum kolektör akimi, maksimum kolektör emiter gerilimi ve maksimum Jonksiyon sicaklii ile sinirlidir. Eer kontrol edilebilen akimin maksimum deeri kisa bir süre için bile ailirsa IGBT kilitlenir ve artik kapidan kontrol edilemez. Bu durumda IGBT'nin iletimden çikabilmesi için, tristörde olduu gibi yük akiminin belirli bir tutma akiminin altina düürülmesi veya di bir komitasyon devresi ile kollektör emiter geriliminin yönünün deitirilmesi gerekir. ekil 5. 5'te IGBT' ye ait tipik bir SOA karekteristii verilmitir.

ekil 5.5: Bir IGBT'ye ait güvenli çalima bölgesi

5.1.3. Sürme (Tetikleme)Devreleri

IGBT'nin sürülmesi ayni MOSFET'in sürülmesi gibidir. letime sokulup çikarilmasi için kaçak kapasitelerinin arj ve dearj edilmesi gerekir. IGBT'de kaçak kapasiteler, ayni nominal deere sahip MOSFET'e göre oldukça düüktür. 200 volt 500KHz'e kadar olan uygulamalarda IGBT'deki kapasitif kayiplar ihmal edilebilir düzeydedir. IGBT sürme devresinin prensip emasi ekil 5. 6 da verilmitir. Daha önce örendiiniz MOSFET sürme devrelerinden IGBT içinde yararlanilabilir. Kapi sinyal kaynai iç direncinin yeterli olmadii durumlarda, kapiya en az 10'luk bir direncin seri olarak balanmasi gerekir. IGBT ve MOSFET'lerin sürülebilmesi için bazi entegre kapi sürücüleri gelitirilmitir. Buna örnek olarak IR2110 kapi sürücüsünü gösterebiliriz.

79

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) sürme açisindan MOSFET gibi davranirken güç iletimi açisindan bipolar transistör gibi davranir. Hem sürmesi kolay hemde, verimi yüksektir. Genelde bu tür elemanlar kiyici köprü devrelerde kullanilirlar. Köprünün beslendii DC bara gerilimi çok önemlidir. Bu yüzden köprünün altindaki IGBT'leri sürmek kolaydir, fakat üst taraftaki IGBT'leri yüzdükleri için sürmek zordur. Bu nedenle üst taraftaki IGBT'lerin sürme devresini beslemek için izole ve ayrik bir besleme kaynai gerekir. Normal MOSFET driver'lar IGBT içinde kullanilir. Önemli olan ilk olarak kiyici iareti üretmek (bu PWM yada fixed duty cycle olabilir), daha sonra bu iareti izole olarak (izolasyon pulse trafolarla salanabilir ) güç katina iletmek ve orada IGBT'yi sürmektir. Burada güzel bir konu da IGBT için sadece solid state elektronik elemanlardan ( diyot, transistor, vs) kurulu çok ucuz koruma devrelerinin olmasidir. Ayrica bu yüzen sürme devresi gerilim kaynainin diyot kapasite çifti ile yapilabiliyor olmasidir. Bu konuda `'www.International Rectifier.com''den çok güzel bilgiler elde edinilebilir.

ekil 5. 6 IGBT sürme devresi prensip balanti emasi

5.1.4. Dier Özellikleri ve Uygulama Alanlari ve IGBT'nin Korunmasi

IGBT'ler piyasaya ilk olarak 1983 yilinda sürülmü, o zamandan beri, anma akim gerilim deerleri büyük ölçülerde artirilmi ve karekteristikleri iyiletirilmitir. Bugün için (600V - 400A) ­ (1200V - 300A) ­ (1200V - 500A)'lik IGBT'ler bulmak mümkündür. Gün geçtikçe gerilim ve akim deerleri daha yükseklere çekilmektedir. IGBT'ler yüzlerce kW güç ve 500 kHz'e kadar frekanslardaki konvertörlerde, BJT ve MOSFET'e göre önemli avantajlar salar. IGBT'ler son zamanlarda DC ve AC motorlarin sürülmesinde kesintisiz güç kaynaklarinda (UPS), çeitli bobin röle ve kontaktörlerin sürülmesinde yaygin olarak kullanilmaya balamitir. Asenkron motorlarin sürülmesinde kullanilan invertörler IGBT ile gerçekletirilmekte ve anahtarlama frekansi 15­20 kHz'e çikarilarak gürültüsüz çalima salanmaktadir. leride birçok uygulamada BJT'nin yerine IGBT kullanilacai düünülmektedir. IGBT'ler BJT'lere göre oldukça pahalidir, fakat sürülmeleri kolaydir. Normal olarak bastirma devresi gerektirmezler ve anahtarlama kayiplari daha azdir. Bu nedenle IGBT'li konvertörlerin verimleri daha yüksek, boyutlari daha küçük ve maliyetleri daha ucuzdur.

80

IGBT'nin anahtarlama kayiplari tarafindan sinirlanan, pratik olarak kullanabilecei frekans deeri, uygulama alanina göre farklilik gösterir. Örnein darbe genilik modülasyonlu (PWM) bir invertörde frekans yükseldikçe, iletimden çikma sirasindaki komütasyon diyodundaki kayiplar çok artar. Bu durum IGBT'nin kullanimini 50kHz ile sinirlar. Fakat dier uygulamalarda, örnein yüksek frekansli rezonans tipi invertörlerde 250 kHz civarindaki frekanslarda pratik olarak kullanilabilir. IGBT'yi anma deerleri ayni olan MOSFET ile iletimdeki kayiplar açisindan karilatiracak olursak; 50 kHz'lik uygulamalarda IGBT'de 6 W kaybolurken MOSFET'te bu deer, 9 W'tir iletime geçme olayi sirasindaki kayiplar ise IGBT'den geçen akimin yükselme hizina balidir. Örnein 250 kHz'lik bir uygulamada IGBT için kayip güç 0,8 W olduu halde MOSFET'te bu kayip ihmal edilebilecek düzeydedir. MOSFET'ten farkli olarak, IGBT'de yapisi nedeniyle ters parelel bali bir diyot yoktur. Kapama yönünde 5ila 10 volt civarinda bir tutma gerilimi vardir. Bu nedenle geri beslemeli invertör uygulamalarinda gerekli olan ters parelel diyotun diaridan balanmasi gerekir. Özellikle endüktif yüklerde iletimden çikarken, airi dv/dt'ye kari bir bastirma devresine ihtiyaç duyulabilir.

5.1.5. Biyomedikal Cihazlarda ve Cihazlarin Beslemelerinde IGBT Kullanimi

Biyomedikal cihazlarda IGBT' ler genellikle hayati önem taiyan aletlerin beslemesinde kullanilan DC-AC çevirici invertör devrelerinde sikça kullanilir. Bu cihazlar üretim ekline göre bazi durumlarda besleme direk olarak ehir ebekesinden yapilacak ekilde dizayn edilmilerdir. Bu tip cihazlar diaridan bir invertör yardimiyla beslenir. Ancak son zamanlarda medikal cihaz teknolojisinin ve tip elektroniinin gelimesiyle, medikal cihazlarin hemen hemen hepsi kendi içlerinde invertör devrelerini barindirir. Bu tip cihazlar ehir ebekesine direk balansa bile cihaz enerjisini içerisinde bulunan UPS üzerinden alir. Bunun diinda fizik tedavi cihazlarinda elektrik enerjisinin deiik dalga ekilleri ve frekanslari kullanilarak hastaliklar tedavi edilebilmektedir. te bu tip cihazlarda IGBTTristör-GTO-Triyak gibi elemanlar cihazin besleme hattinda deil bizzat cihazin bir elemani olarak kullanilmaktadir. Yine BT ve MR olarak bilinen gelimi doku ve lezyon analizi yapan cihazlarin gerek besleme hatlarinda gerekse makinenin bir elemani olarak görev yapmaktadir. Günümüz koullarinda tipta devrim sayilabilecek birçok yenilik hayata geçirilmektedir. Bunlar standart hekim kontrolünde tani koymadan tedavi aamasina kadar uzayan, kesili operasyonlardan herhangi bir kesi yapilmadan vücudun diindan yapilan müdahalelere kadar birçok teknik elektroniin bu harika elemanlarindan yararlanilarak gelitirilmi ve gelitirilmektedir.

81

5.1.5.1. Özel Yari letkenlerin Kullanildii Biyomedikal Cihazlar

Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø BT bilgisayarli tomografi MR manyetik rözanans Operasyon sonrasi youn bakim üniteleri Operasyon odalarinin aydinlatilmasi Otoklav üniteleri Operasyon odalarinin sterilizasyon üniteleri Operasyon aletleri Röntgen cihazlari Tani koyma aletleri Ortopedi bölümlerinde kullanilan alçi kesme cihazlari Böbrek talarini yüksek frekansla kirma üniteleri Iinla kanser tedavi üniteleri Lazerli göz operasyon üniteleri Böbrek diyaliz üniteleri Di hekimlii operasyon masalarinda Iinli di dolgu cihazlarinda Doumhanelerde tani ve operasyon üniteleri Ultrasyon gibi batin kontrol üniteleri Lapiraskobi ­endoskopi üniteleri Elektrokater üniteleri Lazerle yapilan kesili operasyonlarda Akopuntur uygulamalarinda Tibbi labaratuvar ilemleri Elektrook acil müdahale üniteleri EKG üniteleri Kardiyogram üniteleri Yanik tedavi üniteleri

5.1.6. Çok Devirli Motorlarda IGBT Kullanimi

Bunlarin diinda yüksek devir gerektiren AC ya da DC motorlarda; IGBT' lerle motor devirleri frekans deitirilerek sifirdan oldukça yüksek devirlere kadar kolayca ayarlanabilir. Özellikle ortopedi operasyonlarinda kemik kesme ilemlerinde yüksek devirli motorlar hayati önem arz etmektedir. Burada IGBT' ler frekans deitirme ve yumuak kalki ilemini oldukça kolay bir ekilde yerine getirebilmektedir. Görüldüü gibi liste uzayip gitmektedir. Yukarida sayilan cihazlarin hem besleme hattinda hem de cihazin ilem gerçekletiren bir elemani olarak özel yari iletkenler biyomedikal cihazlarin vazgeçilmez unsurlaridir.

82

5.1.7. IGBT'NN AVOmetre ile Kontrolü

IGBT'lerin AVOmetre ile güvenilir bir ölçümünü yapmak oldukça zordur. Sürücü devresiyle tetiklenen IGBT'nin Osiloskopla ölçümü daha güvenilir sonuç vermektedir.

5.1.8. IGBT'NN AC Akimda çalimasi

ekil 5. 7 deki devrede tek fazli AC akimdan 3 fazli AC akim elde edilmesi gösterilmektedir. Bu devrede bulunan birinci grup 4 adet IGBT tek fazli AC akimi DC akima çevirerek kondansatörü arj etmektedir. kinci gruptaki 6 adet IGBT' oluan DC gerilimi 3 fazli AC gerilime çevirmektedir.

ekil 5.7: IGBT'nin AC akimda kullanildii devre

5.1.9. IGBT'in DC Akimda Çalimasi

ekil 5.8: IGBT'nin DC akimda kullanildii devre

83

ekil 5. 7' deki devrede DC gerilimden yüksek frekansli AC gerilim elde edilmesine ait prensip emasi görülmektedir. Bu devre invertörlerde kullanilan devrenin benzeridir. Burada IGBT'ler sirasiyla sürülmekte böylece yüksek frekansli AC akim elde edilmektedir. Birinci IGBT sürüldüünde akim endüktör bobininden geçerek tank kondansatöründen ve isitma bobininden geçmektedir. Bu anda tank kondansatörü arj olmaktadir. kinci IGBT sürüldüünde arj olmu kondansatör dearj olurken bobinlerden ters yönlü bir akim geçmesine neden olmaktadir. Bu durum yüksek frekansli bir AC' nin olumasina neden olmakta ve isitici bobinin içindeki malzemede yüksek isi meydana getirmektedir.

ekil 5.9: IGBT'li isitma devresi

Resim 5.1: Büyük güçlü IGBT

Resim 5.2: Yüksek güçlü IGBT balanti terminalleri

Resim 5.3: Yüksek güçlü IGBT

Resim 5.4: Güçlü IGBT'i

84

Resim 5.5: Deiik bir IGBT'i

Resim 5.6: Küçük boyutuna kari oldukça güçlü bir IGBT

Resim 5.7: Küçük güçlü IGBT'ler Resim 5.8: Orta güçlü IGBT'ler

Resim 5.9: Büyük güçlü IGBT

Resim 5.10: IGBT kontrol karti

85

Resim 5.11: IGBT Sürücü devresi

Resim 5.11: IGBT ile yapilan endüksiyonla isitma devresi

Resim 5.11: Sürülmü bir IGBT'nin osiloskoptaki erisi

86

ÖLÇME VE DEERLENDRME ÖLÇME VE DEERLENDRME

OBJEKTF TESTLER (ÖLÇME SORULARI)

Aaidaki cümleleri doru veya yanli olarak deerlendiriniz. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. IGBT'ler yüksek güçlü anahtarlama elemani olarak kullanilan üç uçlu elektronik devre elemanidir. IGBT'ler MOSFET' lerin sürüldüü gibi sürülür. IGBT'ler Biyomedikal cihazlarin beslemesinde sikça kullanilir. IGBT'ler geytlerine direk enerji verilerek iletime geçirilir. IGBT'nin iletime geçebilmesi için geyt ucundan tetiklenmesi tek yoldur. IGBT'nin yalitima geçmesi için geyt akimini kesmek yeterlidir. IGBT'ler MOSFET' lerin kolay bir ekilde yalitima geçirilebilen benzeridir. IGBT'nin soutucuyla kullanilmasi gerekir. IGBT ler oldukça küçük güçlü yapilir. IGBT'nin emiter kollektör arasi ölçümünde her iki yönde de yüksek direnç ölçülmelidir. IGBT'nin çiplak kisminda anot gerilimi olduundan çiplak elle dokunmak tehlikelidir. IGBT'ler güç iletimi açisindan bipolar transistör gibi davranir.

DEERLENDRME

Cevaplarinizi modül sonundaki cevap anahtari ile karilatiriniz. Doru cevap sayinizi belirleyerek kendinizi deerlendiriniz. Yanli cevap verdiiniz ya da cevap verirken tereddüt yaadiiniz sorularla ilgili konulari faaliyete geri dönerek tekrar inceleyiniz. Tüm sorulara doru cevap verdiyseniz modül deerlendirme testine geçiniz.

87

MODÜL DEERLENDRME MODÜL DEERLENDRME

Modül ile kazandiiniz yeterliiniz aaidaki kistaslara göre deerlendirilecektir.

88

DEERLENDRME

Yaptiiniz deerlendirme sonucunda eksikleriniz varsa örenme faaliyetlerini tekrarlayiniz. Modülü tamamladiniz, tebrik ederiz. Öretmeniniz size çeitli ölçme araçlari uygulayacaktir. Öretmeninizle iletiime geçiniz.

89

CEVAP ANAHTARLARI CEVAP ANAHTARLARI

ÖRENME FAALYET-1 CEVAP ANAHTARI

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 D Y Y D D Y D D D Y D D

ÖRENME FAALYET-2 CEVAP ANAHTARI

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Y D Y D D D D Y D Y D Y

90

ÖRENME FAALYET-3 CEVAP ANAHTARI

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 D D Y D Y D D Y Y Y Y D

ÖRENME FAALYET-4 CEVAP ANAHTARI

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Y D D D Y Y D D D D D D

91

ÖRENME FAALYET-5 CEVAP ANAHTARI

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 D D D Y D D D D Y Y Y D

92

ÖNERLEN KAYNAKLAR ÖNERLEN KAYNAKLAR

Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø HINÇAL Ali Ercan, Elektrik Bölümü Teknik Lise 12 leri Kumanda Ders Notlari''Elektrik Öretmeni'' www.antrak.org. tr Güç Elektronii 1­2­3 TUNCAY Ersoy, Endüstriyel Elektronik, Kocaeli 2004 `'Elektrik Öretmeni'' http://www.dynexsemi.com/ http://www.industrialheating.com/ http://ogretmenlerim.net/default.asp http://www.igbt-driver.com/english/products/scale/dire_mod.gif http://www.igbt-driver.com/english/products/scale/Halb_mod.gif http://www.igbt-driver.com/english/products/scale/prinzip.gif http:// www.dansworkshop.com/Induction%20Heating.shtml http://www.ameritherm.com/aboutinduction.html http://www.ohm.com.tr/index.php?dil=tr http://www.plustherm.com/ Prof. GÜLGÜN Remzi­ Emre AKADUR Özel Tristörler ,Y. Tek. Ü.stanbul 2000. http://archiv.tu-chemnitz.de/pub/1998/0023/data/inhalt.htm#Inhaltsverzeichnis http://www.tu-chemnitz.de/ www.ceia-power.com/ www.geocities.com/dmitrynizh/ plate-curve-trac... www.teknomerkez.net/ http://www.richieburnett.co.uk/tesla.shtml http://www.ameritherm.com/booth.html http://www.biltek.tubitak.gov.tr/tekno_tezgah/tekno_tezgah.php?proje_id=484 http://contact.tm.agilent.com/Agilent/tmo/an-150-1/index.html http://www.argeelektronik.com/amatorler.html ÜRKMEN Yavuz­GENÇTAN Ceyhan, Kumanda Devreleri -2 KARAYAZI Bülent, leri Kumanda Teknii, `'Elektrik Öretmeni'' www.ari.cankaya.edu.tr/ ~dere/diyak.htm

93

Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø

www.fizikmuh.ankara.edu.tr/ www.rayer.ic.cz/ teslatr/sstc.htm www.inductotherm.com.tr http://www.unilayer.com/sayfalar/ruzgar.html www.bnl.gov/magnets www.elec.gla.ac.uk/.../ papers/igbt/igbt.html www.aavidthermalloy.com/ products/igbt/index.shtml www.geda.seul.org/ symlibrary/symbols/analog/ www.fairchildsemi.com/.../ fmg2g50_75us120.htm www.hitachi.co.jp/.../ product/tekkou/igbt.htm www.it.wikipedia.org www.fujisemiconductor.com/ test_web/igbt/ http://heatinginduction.com/igbt/ www nina.ecse.rpi.edu/ shur/remote/NIGBT_IcVce.htm www service.semic.sanyo.co.jp/. ../igbt_driver.htm http://www.fairchildsemi.com/news/2002/0205/fgl60n100d.htm www.semicon.toshiba.co.jp/. ../eye200505_04.html www.pi.hitachi.co.jp/.../ igbt/2005273_14287.html www.hy-line.de/.../ produkte/leistungselektronik www.st-japan.co.jp/ data/press/p1569d.html www.acal.nl/cosmos/ frontoffice/dispatcher.jsp... www.ppmpower.co.uk/ product150.htm www.darrahelectric.com/ scrcontactors_solid.htm www.galco.com/scripts/ cgiip.exe/WA/WCat/itemd... www.igtrading.com/ www.pwrx.com/ military.asp?catid=75 www.italwest.it/ eng/products.php?rif=1

94

KAYNAKÇA KAYNAKÇA

Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø HINÇAL Ali Ercan, Elektrik Bölümü Teknik Lise 12 leri Kumanda Ders Notlari''Elektrik Öretmeni'' www.antrak.org. tr Güç Elektronii 1­2­3 TUNCAY Ersoy Endüstriyel Elektronik Kocaeli 2004 `'Elektrik Öretmeni'' http://www.dynexsemi.com/ http://www.industrialheating.com/ http://ogretmenlerim.net/default.asp http://www.igbt-driver.com/english/products/scale/dire_mod.gif http://www.igbt-driver.com/english/products/scale/Halb_mod.gif http://www.igbt-driver.com/english/products/scale/prinzip.gif http://www.dansworkshop.com/Induction%20Heating.shtml http://www.ameritherm.com/aboutinduction.html http://www.ohm.com.tr/index.php?dil=tr http://www.plustherm.com/ Prof. GÜLGÜN Remzi­Emre AKADUR Özel Tristörler Y. Tek. Ü.stanbul 2000 http://archiv.tu-chemnitz.de/pub/1998/0023/data/inhalt.htm#Inhaltsverzeichnis http://www.tu-chemnitz.de/ www.ceia-power.com/ www.geocities.com/dmitrynizh/ plate-curve-trac... www.teknomerkez.net/ http://www.richieburnett.co.uk/tesla.shtml http://www.ameritherm.com/booth.html http://www.biltek.tubitak.gov.tr/tekno_tezgah/tekno_tezgah.php?proje_id=484 http://contact.tm.agilent.com/Agilent/tmo/an-150-1/index.html http://www.argeelektronik.com/amatorler.html TÜRKMEN Yavuz­Ceyhan GENÇTAN Kumanda Devreleri -2 KARAYAZI Bülent leri Kumanda Teknii `'Elektrik Öretmeni'' www.ari.cankaya.edu.tr/ ~dere/diyak.htm

95

Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø

www.fizikmuh.ankara.edu.tr/ www.rayer.ic.cz/ teslatr/sstc.htm www.inductotherm.com.tr http://www.unilayer.com/sayfalar/ruzgar.html www.bnl.gov/magnets www.elec.gla.ac.uk/.../ papers/igbt/igbt.html www.aavidthermalloy.com/ products/igbt/index.shtml www.geda.seul.org/ symlibrary/symbols/analog/ www.fairchildsemi.com/.../ fmg2g50_75us120.htm www.hitachi.co.jp/.../ product/tekkou/igbt.htm www.it.wikipedia.org www.fujisemiconductor.com/ test_web/igbt/ http://heatinginduction.com/igbt/ www nina.ecse.rpi.edu/ shur/remote/NIGBT_IcVce.htm www service.semic.sanyo.co.jp/. ../igbt_driver.htm http://www.fairchildsemi.com/news/2002/0205/fgl60n100d.htm www.semicon.toshiba.co.jp/. ../eye200505_04.html www.pi.hitachi.co.jp/.../ igbt/2005273_14287.html www.hy-line.de/.../ produkte/leistungselektronik www.st-japan.co.jp/ data/press/p1569d.html www.acal.nl/cosmos/ frontoffice/dispatcher.jsp... www.ppmpower.co.uk/ product150.htm www.darrahelectric.com/ scrcontactors_solid.htm www.galco.com/scripts/ cgiip.exe/WA/WCat/itemd... www.igtrading.com/ www.pwrx.com/ military.asp?catid=75 www.italwest.it/ eng/products.php?rif=1

96

Information

biyomedikal_yari_iletken_anahtarlama.doc

102 pages

Find more like this

Report File (DMCA)

Our content is added by our users. We aim to remove reported files within 1 working day. Please use this link to notify us:

Report this file as copyright or inappropriate

435319