1. DİRENÇLER
1.1. Tanımı ve İşlevi
Dirençler elektrik akımına zorluk gösteren elektronik devre elemanlarıdır. Direnç değeri yüksek olursa içinden geçen akım değeri düşük olur. Bu olay Alman bilim adamı Ohmtarafından 1827 yılında bulunmuştur (Resim 1.1).
Direnç “R” harfi ile gösterilir, birimi ohmdur. Omega simgesi ile gösterilir (Ω). Bir iletkenden geçen elektrik akımına karşı iletkenin gösterdiği direncin birimidir. Bir iletkenin iki ucu arasına 1 voltluk bir gerilim uygulandığında, bu iletkenden 1 amperlik akım geçerse bu iletkenin direnci 1 ohmdur. 1983’teki Milletlerarası Elektrik Kongresi’nde tarif edilen milletlerarası ohm ise, 106,3 cm uzunluğunda 0 °C ve 14,4521 gram olan cıvanın bir doğru akıma gösterdiği direnç olarak tarif edilmiştir. Burada cıvanın bir milimetre karelik kesite
sahip olduğu da kabul edilmektedir. Bir mikro ohm, 0,000.001 ohm a ve bir mega ohm, 1.000.000 ohma eş değerdedir.
Resim 1.1: George Simon Ohm
1.2. Çeşitleri
Sabit dirençler, ayarlı dirençler ve ortam etkili dirençler olmak üzere üç başlık altında toplanır.
1.2.1. Sabit Dirençler
Direnç değeri değişmeyen dirençlere sabit direnç denir. Hassasiyetleri yüksektir. Sembolleri aşağıda gösterildiği gibidir (Resim 1.2).
Resim 1.2: Sabit direncin sembolleri
1.2.1.1. Telli Dirençler
Telli dirençler gerek sabit direnç, gerekse de ayarlanabilen direnç olmak üzere değişik güçlerde ve değerlerde üretilebilmektedir. Telli dirençlerde, sıcaklıkla direnç değerinin değişmemesi ve dayanıklı olması için nikel-krom, nikel-gümüş ve konstantan kullanılır. Telli dirençler genellikle seramik gövde üzerine iki katlı olarak sarılır. Üzeri neme ve darbeye karşı verniklidir. 10 Ω ile 100 KΩ arasında 30 W’a kadar üretilmektedir (Resim 1.3).
Başlıca kullanım alanları; telekomünikasyon ve kontrol doğrultucularda kullanılır.
Tellerin çift katlı sarılmasıyla endüksiyon etkisi kaldırılabildiğinden yüksek frekans devrelerinde
tercih edilir. Küçük güçlülerde ısınmayla direnci değişmediğinden ölçü aletlerinin ayarında
etalon (örnek) direnç kullanılır. Dezavantajları; direnç telinin kopması, çok yer kaplaması
ve büyük güçlü olanlarının ısınması gibi dezavantajları vardır.
Resim 1.3: Telli direnç
1.2.1.2. Karbon Dirençler
Karbon karışımı veya karbon direnç, toz hâlindeki karbon ve reçinenin ısıtılarak eritilmesi yolu ile elde edilir. Karışımdaki karbon oranı direncin değerini belirler. Büyüklüklerine göre ¼, ½, 1, 2, 3 W / 1Ω’dan 22 MΩ’a kadar değerlerde üretilir. Bu tür dirençlerin değer hassasiyetleri % 5-% 20 aralığındadır. Hâlen en yaygın kullanılan türdür (Resim 1.4).
Resim 1.4: Karbon direnç
1.2.1.3. Film Dirençler
Film kelimesi dilimize İngilizceden geçmiştir. Türkçe karşılığı zar ve şerit anlamına gelmektedir. Resim 1.5’ten de anlaşıldığı gibi direnç, şerit şeklinde yalıtkan bir gövde üzerine sarılmıştır. Bu durumu, bir fotoğraf filminin sarılışına benzetebiliriz. İki tür film direnç vardır. İnce film dirençler ve kalın film dirençler.
İnce film dirençler şu şekilde üretilmektedir: Cam veya seramik silindirik bir çubuk üzerine “saf karbon”, “nikel – karbon”, “metal – cam tozu” karışımı “metal oksit” gibi değişik direnç sprey şeklinde püskürtülür. Püskürtülen bu direnç maddesi, çok ince bir elmas uçla veya lazer ışınıyla Resim 1.5’te görüldüğü gibi belirli bir genişlikte, spiral şeklinde kesilerek şerit sargılar hâline dönüştürülür. Şerit sargıdan biri çıkarılarak diğer sargının sarımları arası izole edilir. Şerit genişliği istenilen şekilde ayarlanarak istenilen direnç değeri elde edilir.
Resim 1.5: Film direnç
Kalın film dirençler, seramik ve metal tozları karıştırılarak yapılır. Seramik ve metal tozu karışımı bir yapıştırıcı ile hamur hâline getirildikten sonra seramik bir gövdeye şerit hâlinde yapıştırılır ve fırında yüksek sıcaklıkta pişirilir. Yukarıda açıklanan yöntemle, hem sabit hem de ayarlı direnç yapılmaktadır. Film dirençler toleransı en küçük olan dirençlerdir.
Yani, istenilen değer tam tutturulabilmektedir. Bu nedenle hassas direnç gerektiren elektronik devreler için çok önemli bir dirençtir. Ayrıca maksimum akımda bile değeri pek değişmemektedir.
1.2.1.4. Entegre Dirençler
Çok sayıda direncin tek bir paket altına alınmasıyla elde edilen direnç türüdür. Bu nedenle entegre direnç veya sıra direnç olarak adlandırılır. Paket içindeki tüm dirençler birer ayaklarından ortak bağlıdır. Diğer ayaklar serbesttir. Bu tür dirençlerin en önemli özelliği tüm dirençlerin aynı değere sahip olmasıdır (Resim 1.6).
1.2.1.5. Smd (Yüzey Montajlı) Dirençler
Yüzey montaj teknolojisi (surface mount technology-SMT) yüzey montaj elemanlarını devre kartına doğrudan bağlamak için kullanılan teknolojidir. Delikler (through-hole technology) yardımıyla yapılan eski monte etme yöntemlerinden farklı bir şekilde bileşenler yüzeye monte edilir.
Yüzey montaj aygıtları (surface mount devices–SMDs) hafif, ucuz, küçüktürler ve ayrıca devre kartı üzerinde birbirine yakın bir şekilde yerleştirilebilirler. Dirençler yüzey montaj teknolojisine uyumlu, en çok kullanılan analog devre elemanıdır (Resim 1.7).
1.2.2. Ayarlı Dirençler
Ayarlı dirençler genel olarak trimpot, potansiyometre ve reostalardan oluşur.
1.2.2.1. Trimpotlar
Devre direncinin bir veya birkaç defa ayarlandıktan sonra bu ayar değerinde sabit bırakıldığı yerlerde kullanılan dirençlerdir. İnce uçlu tornavida ile ayar yapılır. Düşük güce sahiptirler ve bu bakımdan elektronik devrelerde sıklıkla kullanılır (Resim 1.8 – 1.9).
Resim 1.8: Trimpotun sembolü
Resim 1.9: Trimpotun dış görüntüsü
1.2.2.2. Potansiyometreler
Devre direncinin çok sık değiştirilmesi gerektiği yerlerde kullanılır. Direnç değerinin değişimi el ile değiştirilmeye müsait ince ayar çubuğu sayesinde yapılır. Tıpkı trimpotlar gibi düşük güce sahiptirler, bu bakımdan elektronik devrelerde kullanılmaya müsaittir. Genelikle cihazların ön paneline monte edilir. Potansiyometreler üç başlık altında toplanır. Bunlar; lineer potansiyometreler, logaritmik potansiyometreler, çok turlu otansiyometrelerdir (Resim 1.10-11).
Resim 1.10: Potansiyometrenin sembolü
Resim 1.11: Potansiyometrenin dış görüntüsü
Lineer potansiyometreler
Lineer potansiyometreler (doğrusal), potansiyometre milinin çevrilme açısına göre Resim 1.12’de olduğu gibi direnci de doğrusal olarak artar.
Resim 1.12: Lineer eğri
Logaritmik potansiyometreler
Logaritmik potansiyometrelerde dönüş açısına göre direnç değişim doğru orantılı değildir, logaritmik olarak artar. Resim 1.13’ten de görülüğü gibi mili çevirirken önce direnç değişimi küçük, sona doğru direnç değişim artar. Anti-logaritmik potansiyometrelerde ise önce direnç değişim yüksek, sona direnç değişim azalır.
Resim 1.13: Logaritmik eğri
Çok turlu potansiyometreler
Çok turlu potansiyometrelerde, her 360 derece bir tur olarak kabul edilir. Hassas ayar yapmak istenen yerlerde kullanılır. Tur sayısı artıkça hassasiyeti artar (Resim 1.14).
Resim 1.14: Çok turlu potansiyometre
1.2.2.3. Reostalar
Bu tip ayarlı direncin trimpotlar ve potasiyometrelerden ayrılan en büyük özelliği yüksek güçlü devrelerde kullanılabilmesidir (Resim 1.15). Dolayısıyla üzerinden yüksek akım geçebilir. Direnç ayarı el ile yapılır, ayar yapılan ucu tel üzerinde hareket ettirilerek istenilen değere sahip direnç elde edilir. Ayrıca reostaların ebatları trimpot ve potansiyometrelere göre oldukça büyüktür (reosta).
1.2.3. Ortam Etkili Dirençler
Ortam etkili dirençler, ışık etkili dirençler (LDR) ve ısı etkili dirençler (termistörler) olmak üzere ikiye ayrılır.
1.2.3.1. Işık Etkili Dirençler
LDR (fotodirenç, light dependent resistance), aydınlıkta az direnç, karanlıkta yüksek direnç gösteren devre elemanlarına denir (Resim 1.16-17).
Resim 1.16: LDR sembolü
Resim 1.17: LDR dış görünüş
Başka bir deyişle LDR’nin üzerine düşen ışık değerine göre gösterdiği direnç değişimi ters orantılıdır. LDR’ler, CdS (kadmiyum sülfür), CdSe (kadmiyum selinür), selenyum, germanyum ve silisyum vb. gibi ışığa karşı çok duyarlı maddelerden üretilmektedir. LDR yapımında kullanılan madde, algılayıcının hassasiyetini ve algılama süresini belirlemekte, oluşturulan tabakanın şekli de algılayıcının duyarlılığını etkilemektedir. LDR’ye gelen ışığın odaklaşmasını sağlamak için üst kısım cam ya da şeffaf plastikle kaplanmaktadır. LDR’ler çeşitli boyutlarda üretilmekte olup gövde boyutları büyüdükçe güç değeri yükselmekte ve geçirebilecekleri akım da artmaktadır.
1.2.3.2. Isı Etkili Dirençler
Isı etkili dirençler negatif katsayılı direnç (NTC-negative temperature coefficient) ve pozitif katsayılı direnç (PTC-positivie temperature coefficient) olmak üzere ikiye ayrılır.
NTC
Negatif ısı katsayılı termistörlerdir. Üzerindeki sıcaklık arttıkça direnci azalır, sıcaklık düştükçe direnci artar (Resim 1.18-19).
Resim 1.18: NTC’nin sembolü
Resim 1.19: NTC dış görünüşü
PTC
Pozitif ısı katsayılı termistördür. Üzerindeki sıcaklık arttıkça direnci artar, sıcaklık düştükçe direnci azalır (Resim 1.20-21).
Resim 1.20: PTC’nin sembolü
Resim 1.21: PTC dış görünüşü
1.2.4. Gerilim Etkili Dirençler (VDR-Varistörler)
Uçlarına uygulanan gerilim miktarı ile ters orantılı olarak direnç değeri değişen elemanlara varistör denir (Resim 1.22-23). Genellikle aşırı gerilimden korunmak veya frekans kaymasını önlemek amacıyla gerilim sabitlemesi istenen rezonans devrelerine yardımcı limitör devrelerinde kullanılır.
Resim 1.22: VDR’nin sembolü
Resim 1.23: VDR dış görünüşü