Entegreler

Entegre bir çok devre elamanının ve sistemin bir araya geitrilerek bir bütün oluşturmıasından meydana gelmiştir.

Entegreler; elektronik devrelerde kullanılan transistör, direnç, kondansatör
ve diyot gibi devre elemanlan içeren ve yonga adı verilen yan iletken bir kristaldir. Bu elemanlar yonga içerisinde birbirlerine bağlanarak bir devre oluştururlar. Oluşan bu devrenin uygun yerlerinden dışarıya bacaklar (pinler) çıkanlır.

 

 

Bir bakıma şöyle diyebiliriz; siz bir devre tasarlarsınız, klasik devre elemanları ile (direnç transistör ,diyot,kondasatör ve diğer elemanlar) bu devreyi amaca uygun çalışır hale getirirsiniz.  elinizde bir devre plaketi vardır ve bu devre mesela 25 tane elemandan oluşmaktadır. tüm bunların yaprığı işi yapacak tek bir eleman oluşturursanız ve bunu paketlerseniz bunun adı entegre olur...

 

 

 

 

Daha sonra yonga metal veya plastik bir kılıflakaplanarak dış etkenlerden korunur. Böylece bir entegre devre elde edilmiş olur. Elde edilen bu entegrenin, boyutları ve aynı ölçüde de maliyeti oldukçaazalmıştır. Günümüz teknolojisiningelişmesinde entegre devrelerin çok önemli bir yeri vardır. Entegrelerin maliyetlerinin ve boyutlarının her geçen gün küçülmesi, çalışmalıızlarının çok yüksek olması endüstrideki kullanım alanını da o kadar büyütmektedir.

Entegreler, kısaca Integrated Circuit kelimelerinin baş harfleri olan lC harfleriyle simgelenirler. IC ler genellikle standart paketlere sahip olup, dışarıya çıkanlan bacak sayılan 8 ile 200 arasında değişmektedir. Tüm entegre(IC) paketlerinin üzerinde nümerik kodlar vardır. Bu kodlar sayesinde entegrenin tipini ve içerisinde bulundurduğu devrenin özelliklerini öğrenebiliriz.

 

 

Entegre devreler genel olarak iki kategoride toplanır.

Bunlar; Lojik (mantık) entegreler ve doğrusal (lineer) entegrelerdir:

Lineer entegreler ( örneğin opamplar ) genellikle gerilimyükseltme, doğrultma... vb gibi işlemlerde kullanılır.
Lojik entegreler(sayısal entegreler) ise kapı devrelerinden oluşmuşlardır. Günümüzde sayısal (1-0) devrelerde lojik entegreler kullanılmaktadır.

Entegrelerin düşük maliyet ve çok az yer kaplamaları nedeniyle elektronik
endüstrisinde çok geniş kullanmaalanları olduğunu söylemiştik. Bu devrelerden
bazıları şunlardır;

Güç yükselteçleri, sayıcılar, aritmetik üniteler, gerilim düzenleyiciler, radyo
ve TV devreleri, işlemsel yükselteçler...vb. gibi birçok elektronik devrede
kullanılır.

Entegreler yapılarına göre de sınıflandırılır. Dış kılıflarına göre metal,
plastik ve seramik olmak üzere üç guruba ayrılır. Ancak seramik gövdeli entegreler
kırılgan ve pahalı olmaları nedeniyle günümüzde kullanılmazlar.

Entegreler bozuldukları zaman genellikle tamirleri yoluna gidilmez. Bozulan
entegre atılarak yerine yenisi monte edilir. Bu tip işlemlerin daha pratik
yapılabilmesi için standart soketler üretilmiştir. Bazı devrelerde entegreler,
soketlerin üzerlerine monte edilir. Böylece entegrenin sökülmesi veya montajı çok daha pratik olur

Entegreler içerisinde kapasite oluşturmak ekonomik değildir. Çünkü bu devre
elemanı entegre içerisinde fazla yer kaplar ve entegre boyutunun büyümesine
sebeb olur.

Lojik entegreler bünyelerinde bulundurdukları kapı sayısına göre de sınıflandırılırlar.

Bunlar ;

SSI (Küçük Ölçekli Entegre) : Bünyesinde 1 ile 20 arasında
lojik kapı bulundurur. Örneğin, 7400 modeli entegre içerisinde 4 adet nand kapısı bulunduru"

MSI ( Orta Ölçekli Entegre) : Bünyesinde 20 ile 100 arasında
lojik kapı bulundurur. Örneğin, flip-floplar, sayıcılar.

LSI (Büyük Ölçekli Entegre) : Bünyesinde 100 ile 10000 arasında
lojik kapı bulundurur. Örneğin 4 ve 8 bidik mikroişlemciler.

VLSI ( Çok Büyük Ölçekli Entegre) : Bünyesinde 10000 den fazla lojik kapı bulundururlar.
Örneğin, 16-32 bitlik mikroişlemciler, hafıza devreleri, bilgisayar devreleri.

 

Günümüzde bünyesinde 200 bin den fazla lojik kapı bulunduran entegre yongaları
yapılabilmektedir. Her lojik kapının içerisinde en az 2 adet transistör bulunur.
Bu durumda bir lojik entegre içerisinde yüzbinlerce transistör oluşturulabileceğini
söyleyebiliriz. ÖrneğinPentiummikroişlemcisi bünyesinde 5,5 milyonadettransistör
bulundurur.

Aşağıda çeşitli tiplerdeki entegrelerin resimleri görülmektedir.

  
Her bir entegredeki temel devre NAND veya NOR kapısıdır. Lojik entegre adını
kapı devrelerinin yapımında kullanılan elektronikma1zemeden alır. Günümüzde
kullanılan bazı entegre tipleri şunlardır ;

RTL - (Resistör - Transistör Lojik) Direnç- Transistör mantığı
DTL - Diod Transistör mantığı
RTL -( High - Threshold Lojik) Yüksek seviye mantığı
TIL -Transistör -Transistör mantığı
ECL - Emiter - Kuplaj mantığı
DCTL - Direkt - Kuplaj Transistör mantığı
MOS - Metal- Oksit yarı iletken mantığı
CMOS - Tümler - Metal yarı İletken

Yukarıda saydığımz entegrelerin (lojik ailesi) karakteristik özellikleri (parametreleri)
birbirinden çok farklıdır. Kuracağımız sistemin özelliklerine göre entegreyi
seçeriz. Bunun için de entegrelerin parametrelerini bilmemiz gerekir. Şimdi
bu parametreleri inceleyelim ;

1. Besleme voltajı (power supply voltage): Entegrenin besleme gerilimini belirler.
   Bazı entegrelerde besleme voltajının toleransı da belirtilebilir.
2. Yayılırn gecikmesi (propagation delay): Bir lojik devrenin girişine verilen
   bilgiye göre çıkışın değişim hızını nano saniye cinsinden gösterir. Bir mantık
   kapısı kendi girişinde meydana gelen değişikliğe anında cevap vermez yani bir
   zaman gecikmesi olur. Bu gecikmeye yayılma gecikmesi denir. TTL için 5nsn dir.
   PLC,bilgisayar v.b. yerlerde yayılım hızı maksimum olan devreler tercih edilir.
3. Güç harcaması (Power dissipation): Devrenin harcadığı güç miktannı gösterir.
   Harcanan güç mili watt cinsinden olur. Devrenin ça1ışma hızıyla doğru orantılı
   olarak değişir. (Pilli devrelerde minumum güç harcayan IC 'ler tercih edilir.)
4. Çıkış kapasitesi (Fon out): Devrenin çıkışına bağlanacak maksimum yük miktannı
   belirler. Çıkış kapasitesinin değeri lojik kapının çıkışına bağlanacak kapı
   adedini belirler.
5. Gürültü miktan (Noise immunity): Gürültümiktarı devrenin çıkışındaki bilgilerin
   hata oranını belirler. Yani çıkışta 1 değerli sinyal O değerli sinyal gibi
   veya bunun tersi gibi görünmesi durumu. Gürültü miktarı (milivolt cinsinden)
   ne kadar az olursa çıkış bilgileride o kadar hatasız olur. Kapınıngürültüyü
   bastırabilme kabiliyetine, o kapının gürültü başlığı denir.
6. Pals frekansı (Clock frequency): Digital devrenin girişine uygulanacak tetiklerne
   palsinin MHz cinsinden :frekansını belirler.

 

İncelediğimiz parametrelere göre ideal bir entegrenin özelliklerini şu şekilde
sayabiliriz :

• Hızlı çalışmalı
• Güç harcaması minimum olmalı
• Ekonomik olmalı.
• Isı değişmelerinden etkilenmemeli
• İyi gürültü başlığı olmalı
• Hata miktarı "0" olmalı.

Entegre Devre Çeşitleri

Endüstriyel uygulamalarda TTL ve CMOS entegreleri en yaygın kullanılan iki entegredir. Bunların dışında çok yüksek çalışma hızının istendiği yerlerde ECL entegresi kullamlır.

 

 

Şimdi bu entegreleri kısaca inceleyelim ;

 

TTL Lojik entegreleri (74XX): En çok kullanılan lojik entegredir. TTL türü IC 'ler 74XX serisi ile belirtilirler. (7400,7446,...v.b.)74 'den sonraki rakamlar IC içerisindeki lojik kapının türünü belirler. Bu entegre içersindeki kapılar Transistör - Transistör mantığına göre dizayn edilmişlerdir. Birçok kapıyı bünyesinde bulundururlar.

 

 

Orta ve yüksek hızlı olarak imal edilen birçok TTL modeli vardır. Besleme voltajı 5 V olup voltaj çıkış değeri 3 V ve üstü ise lojik 1 çıkışı, 3 V 'un altında ise lojik 0 çıkışı verir. TTL girişlerinde çok emiterli transistör kullanılır. Bu nedenle TTL entegreleri hızlı çalışan entegreler gurubuna girer.

(TTL, NAND esasına dayalı bir mantık  fonksiyonudur. )

 

 

 

 

 

CMOS Lojik entegreleri (40XX)

 

CMOS entegreler 40 serisi ile belirtilirler. 4 'den sonraki rakamlar IC 'nin fonksiyonunu yani ne tür lojik kapı kullanılacağım gösterir. Entegre üzerindeki B harfi geliştirilmiş koruma düzeni olduğunu gösterir. B kodlu CMOS lar endüstriyel uygulamalar için çok uygundur. Fet-Mosfet mantığına göre dizayn edilmişlerdir. TTL Entegresinin daha gelişmiş şeklidir. Ancak çalışma hızları (yayılım hızları) oldukça yavaştır. TTL ve ECL ye göre CMOS ideal bir mantık entegresidir. Oldukça geniş bir besleme aralığında çalışır ( 3 - 18V).

 

Çalışırken çok küçük güç kullanır.

 

CMOS ' ların giriş empedansları oldukça yüksektir. Ancak bu durumun sakıncalı tarafı da vardır. Yüksek giriş empedansı nedeniyle kullanılmayan uçlar üzerinde gerilim yüklenmesi olur. Entegre içerisinde kullanılmayan kapıların bağlantı uçları besleme hattına bağlanmalıdır. Aksi taktirde istenmeyen çıkışlar meydana gelir.

 

 

 

 

ECL Lojik Entegre (10000) :

 

ECL tipi lojik entegreler günümüzde kullanılan en hızlı entegrelerdir. Çalışma hızı 500 MHZ'e kadar çıkabilir. Çok hızlı olmalarına rağmen gerilim seviyeleri dengesizdir. Devre plaketi üzerine yerleştirme planı çok iyi yapılmalıdır. Gürültü başlıkları TLL ve CMOS a göre iyi değildir.

 

Bu sakıncalarından dolayı çok yüksek hızı gerektiren durumlar dışında endüstride çok yaygın olarak kullanılmazlar. ECL 10000 serisi ile adlandırılır. -5V luk kaynakla beslenir, ECL nin başka bir avantajıda birbirinin tersi olan iki çıkışının olmasıdır. 

 

 

 

TTL ve CMOS Entegrelerinin karşılaştırılması:

ÖZELLİKLERİ	TIL	CMOS
Besleme voltajı	5V DC	3 V -18 V DC
Gerekli akım	Miliamper	Mikroamper
Giriş empedansı	Düşük	Çok yüksek
Anahtarlama hızı	Hızlı	Yavaş
Çıkış kapasitesi	10	50
Güç harcaması	20mW	2mW
Tetikleme palsi	50MHz	25MHz
Besleme toleransı	%20	%50

 

 

 

Çıkış kapasitesi: Bu değer TTL içİn 10 'dur. Yanibir adet TTL çıkışından 10 adet başka bir TTL devresi girişi beslenebilir. Çıkış empedansı yüksekolan CMOS da bu adet 50 dir. Kullanılmayan uçlar : TTL ve CMOS entegrelerinin kullanılmayan uçları kesinlikle boşta bırakılmamalıdır. Uygulamada kullanılmayan uçlar kaynağın (+) veya (-) ucuna bağlanır. Aksi durumda entegrelerin çıkışlarında istenmeyen durumlar ortaya çıkar. Aşağıda Şekil 'de aynı özelliklere sahip TTL ve CMOS entegreleri iç bağlantıları ile birlikte görülmektedir.

 

Dirençlerin kullanım alanları

Diyotlar

 

Akımı bir yönde ileten, diğer yönde durduran devre elemanıdır.

Devrelerde genel olarak doğrultma amaçlı kullanılırlar.
gösterimi ve simgesi aşağıdaki gibidir.

diyolar evimizdeki lamba anahtarları gibi düşünülebilir.
anahtar kapatıldığında devre tamamlanır ve lamba yanar, ve anahtar açıldığında devre açılır ev akım geçmez dolayısıyla almba söner.
bu durum aşağıdaki gibi gösterilebilir.

diyotlar P ve N tipi iki yan iletken maddenin ekleminden oluşmuştur.

Diyot'un, harici bir voltaj kaynağına bağlanarak kutuplandırılmasına, polarma denir.
Anot voltajının katot'a göre daha büyük olması, doğru POLARMA, anot'un, katot'dan daha düşük olması durumu ise TERS POLARMA olarak ifade edilir. Bir diyot, normal olarak, doğru plorma durumunda İLETİM'de, ters polarmada ise KESİM dedir.


Bir diyotun iletime geçebilmesi için, yapısı gereği eklem bölgesinde oluşan voltajın, eletriksel olarak üstesinden gelebilecek bir değerde harici voltajın uygulanması gereklidir. Diyotun iletime geçmesi ve bunu devam ettirebilmesi için gerekli voltaj, silikon diod için en az 0.7 olmalıdır. Diodlann maksimum işletme voltajı ve akımı, yapışma bağlı olarak belirlidir. İşletme akımı, diyot devresindeki direnç veya devre elemanları tarafından sınırlanarak, uygun değerde tutulur. İşletme süresince diyot uçlarındaki voltaj, 0.7 Volt'tur.

bir ideal diyot için karakteristik aşağıdaki gibidir.



fakat gerçek diyot karakteristiği bundan biraz farklıdır,
aşağıda tipik bir diyodun karakteristiği bulunmaktadır.

Diyot Çeşitleri

1-Zener Diyotlar :Zener diyot normal doğrultma diyotlarının ters delinme gerilimi esasıyla çalışırlar. Regüle devrelerinde çıkış gerilimini sabit tutmak için kullanılırlar.Ters polarizasyon altında çalışırlar. Zener diyodların gerilim değeri üzerinde bulunmaktadır. örneğin diyodun üzerinde 5V1 yazıyorda bu zener diyot 5.1 Voltluk zener diyottur.

2-Köprü Diyotlar :Aslında bu diyotlar özel bir çeşit değildir.4 tane normal diyodun uygun bağlanmasıyla
oluşturulur.Fakat piyasada artık hazır olarak ( paketlemiş ) 4 ucu dışarıya çıkmış köprü diyotlar bulun- maktadır.Bu 4 uçtan ikisi alternatif akım girişi ,bir ucu + çıkış ,son ucu ise - çıkıştır.Sadece doğrulma devrelerinde kullanılır.

3-Led Diyotlar :Led diyodlar doğru polarizasyonda çevresine ışık veren devre elemanıdır.3 renkte imal edilirler.Bunlar Kırmızı; 1,5 Volt ,Sarı; 1,8 Volt ,Yeşil; 2,2 Volt şeklindedir.
Led diyotlar iki ve üç renkli olarakta yapılırlar.İki renkliler ters paralel bağlı kırmızı ve yeşil ledler- den ,Üç renkli de kırmızı ,yeşil ledlerden oluşur, iki led birden yakıldığında ise sarı renk elde edilir. led lerin kullanılacağı yerde gerilim yüksek ise gerilimi sınırlamak için önüne seri bir direnç bağlanır.

4-Foto Diyotlar :Foto diyotlarda zener diyotlar gibi ters polarizasyonda çalışırlar.Üzerinden geçen akım ışık şiddetiyle doğru orantılı olarak artan bir elemandır.Foto diyotlar ayrıca kızıl ötesi ışınlara duyarlı olarakta imal edilirler.Bunlar hem ışını alan hem de ışını gönderen olarak iki çeşittir. Daha çok uzktan kumanda cihazlarında kullanılırlar.

aşağıda çeşitli diyotlardan bazı örnekler görünmektedir.

 

 

 

 

Röle

Röleler düsük akımlar ile çalışan elektromanyetik bir anahtardır.

Üzerinde bulunan elektromanyetik bobine rölenin türüne uygun olarak bir gerilim uygulandığında bobin miknatıs özelliği kazanır ve karşısında duran metal bir paleti kendine dogru çekerek bir veya daha fazla kontağı birbirine irtibatlayarak bir anahtarlama görevi yapar.


Tristör ve Triyak'larin imal edilmesinden sonra popülerliğini kaybeden röleler yinede bir çok alanda hala kullanılmaktadır. Tristör ve triyak'lara göre tek avantajı tek bir bünye içinde birden fazla anahtar kontağına sahip olabildiği için birden fazla yükü aynı anda açabilir veya kapatabilir hatta aynı anda bazı yükleri açıp bazılarını kapatabilir. Bu işlem tamamen rölenin kontaklarının dizaynı ile ilişkilidir.



Dezavantajlari ise daha fazladır. Öncelikle mekanik olarak çalıştığı için daha çabuk arıza yapar. Kontaklar sürekli birbirine irtibatlanıp açıldığı için oluşan elektrik atlamaları zamanla kontaklarin oksitlenmesine ve iletimini kaybetmesine neden olur. iletime geçme süresi tristör ve triyak'lara oranla daha uzundur. Ayrıca kontakların çekilip birakilması sırasında çikardıkları sesler pek hos degildir.



çeşit olarak birçok türde röleler vardır,
birkaçına örnek; Açma kapatma röleleri, motor koruma röleleri, zaman röleleri, aşırı akım röleleri.

 

LED

Led ışık yayan bir diyot türüdür.
(Light Emiting Diode)
Işık yayan diyotlar yapı itibari ile elektrik enerjisini ışığa çeviren kimyasal maddelerden oluşurlar. Kullanılan kimyasal maddedin türüne göre farklı renkte ışık verirler.

Led'e doğru polarma uygulandığında p maddesindeki oyuklarla n maddesindeki elektronlar birleşim yüzeyinde nötrleşirler. Bu birleşme anında ortaya çıkan enerji ışık enerjisidir. Bu ışığın gözle görülebilmesi için ise p ve n maddelerinin birleşim yüzeyine "Galyum Arsenid" maddesi katılmıştır. Ledlerin, yeşil, kırmızı, sarı ve mavi olmak üzere 4 çeşit renk seçeneği vardır.

Led'lerin bu çalışma gerilimi aşıldığında içindeki kimyasal maddenin girecegi reaksiyondan dolayı led bozulur. Bu yüzden çalışma gerilimini aşan bir voltaj uygulanacağı zaman uygun bir seri direnç ile led korunmalidir.

Infraled LED ler:

Yapi itibariyle tamamen normal led'ler gibidir ancak tek farkı yaydığı ışığın insan gözüyle görülemeyecek bir frekans bandında olmasıdır. Yaklasık 1.5V ile çalısır ve genellikle Foto transistörlerin ışık kaynağı olarak kullanılır.

Direnç Renk Kodları

Direnç üzerindeki renkleri değerlendirirken A, B, C, D ve T sırasına göre gitmeye dikkat
etmek gerekmektedir. Bu sıralamaya göre yapılacak hesaplama sonucunda elde edilen direnç
değeri Ohm(?) olarak bulunacaktır. (10°'dir.)



Metal Film Dirençte:



Karbon Dirençte:

Değeri Üzerinde Yazılı Dirençler

Bazı üreticiler renk kodu yerine direnç değerlerini yazmayı tercih etmektedirler.
Bunlardan bir kısmı doğrudan direnç değerini ve toleransını yazdığı gibi, bazıları
da harf kodu kullanmaktadır.

Direnci gösteren harfler: R = Ohm(?), K = KiloOhm(K?),M = MegaOhm(M?)

Tolerans harfleri: F = ±%1,G = ±%2,J = ±%5, K = ±%10,M = ±%20

Kodlama Üç Şekilde Olmaktadır;

1- 1000 Ohm 'a kadar olan dirençler için R harfi kullanılır.

Kodlama 3 adımda yapılır:

• R 'den önce gelen sayı "Ohm" olarak direnci gösterir.
  
• R 'den sonra gelen sayı direncin ondalık bölümünü gösterir.
  
• En sondaki harf toleransı gösterir.

Örneğin:

6R8J = 6.8 ±%5 ?
R45G = 0.45 ±%2 ?

2- 1K? 'dan 1M? 'a kadar olan dirençler için "K" harfi kullanılır.

Örneğin:

3K0K = 3±%10
K?
2K7M = 2.7±%20
K?

3- 1M? 'dan yukarı dirençlerde de "M" harfi kullanılır.

Direnç Standartı:

Tablo 1.3 'te görüldüğü gibi, dirençler standart değerlerde üretilir.

Tolerans yüzdeleri, "E" seri numarasından anlaşılır.

E6 serisi %20	E12 serisi %10	E24 %5	E96 ±1-2
1.0	1.0	1.0	100
		1.1	102
	1.2	1.2	105
		1.3	107
1.5	1.5	1.5	110
		1.6	113
	1.8	1.8	115
		2.0	118
2.2	2.2	2.2	120
		2.4	123
	2.7	2.7	125
		3.0	128
3.3	3.3	3.3	130
		3.6	133
	3.9	3.9	135
		4.3	138
4.7	4.7	4.7	140
		5.1	143
	5.6	5.6	145
		6.2	148
6.8	6.8	6.8	150
		7.5	155
	8.2	8.2	160
Tablo 1.3 - Standart dirençler

İhtiyaca göre bu dirençlerin 10, 100, 1000 katları alınır.

 

Bobin

telden elektronik halkalar oluşturarak yapılan elektronik elmana bobin denir,
genelde bir nüve üzerine sarılı olabileceği gibi içi boş halkalar şeklindede yapılır.
elektronik devrelerde en çok kullanılan elemanlar arasındadır.

Bobinin birimi "Henri" 'dir. Alt katları ise Mili Henri (mH) ve Mikro Henridir (µH).

Bobine alternatif elektrik akımı uygulandığında bobinin etrafında bir manyetik alan meydana gelir. Aynı şekilde bobinin çevresinde bir mıknatıs ileri geri hareket ettirildiğinde bobinde elektrik akımı meydana gelir.

Bunun sebebi mıknatıstaki manyetik alanın bobin telindeki elektronları açığa çıkarmasıdır. Bobin DC akıma ilk anda direnç gösterir. Bu nedenle bobine DC akım uygulandığında bobin ilk anda yalıtkan daha sonra iletkendir. Bobine AC akım uygulandığında ise akımın yönü devamlı değiştiği için bir direnç göterir.

Ayrıca bu nüve üstüne sarılı olanların nüvesini bobine yaklaştırıp uzaklaştırarak çalışan ayarlı bobinlerde mevcuttur. Bobin trafolarda elektrik motorlarında kullanılır. Elektronik olarakta frekans üreten devrelerde kullanılır.

Bobinler AC akımın akış yönüne göre zorluk gösterir. Gösterilen bu zorluğa Endüktüf Reaktans denir. Endüktif Reaktans değeri indüktans ve frekans değerinin artmasıyla artar.

Endüktif Reaktansa değeri aşağıdaki formülle hesaplanır.

XL = 2pfL