İÇİNDEKİLER

• Direnç
• OHM Kanunu
• Dirençlerin farklı kullanım alanları vardır
• Yüksek frekanslar da direnç karakteristiği
• Direnç Çeşitleri
• Lineer Dirençler
• Sabit Dirençler
• Karbon Kompozisyon Dirençleri (Carbon Composition Resistors)
• Tel sargılı Dirençler (Wire Wound Resistors)
• İnce Film Dirençleri (Thin Film Resistors)
• Karbon Film Dirençler (Carbon Film Resistors)
• Metal Film Dirençler (Metal Film Resistors)
• Kalın Film Dirençler (Thick Film Resistors)
• Metal Oksit Dirençler (Metal Oxide Resistors)
• Taş Dirençler (Cermet Film Resistors)
• Sigorta Dirençler (Fusible Resistors)
• Lineer olmayan dirençler
• Termistör
• Varistör
• Foto Direnç (LDR)

 

OHM Kanunu

OHM kanunu direnç, akım ve gerilimin birbiri ile olan ilişkisini gösterir. Ω = V/A bu ifade şu şekilde tanımlanır, iletkenin iki ucu arasında 1 voltluk potansiyel farkı varsa ve içinden geçen akım 1 Amper ise o iletkenin direnci 1 Ohm (Ω) olur.

                                              R=V/I          V: Voltaj, Birimi Volt’tur.

                                                                   I: Akım, Birimi Amper’dir.

                                                                   R, Direnç, Birimi Ohm’dur.                                  

Dirençlerin farklı kullanım alanları vardır

• Gerilim bölücü olarak kullanılır.
  • Gerilim bölücüler bir voltaj kaynağından bir sinyalin seviyesini 2 seri direnç kullanarak farklı voltaj seviyeleri elde edilmesini sağlar. Dirençler seri olduğu için her iki direnç üzerinden akan akım eşittir.
  • Düşük akımlarda kullanılmalı ve düşük akımlarda kullanıldığında bağlanacağı devrenin direnci R2’den büyük olmalı. Eğer çıkışa bağlanılan direnç R2’den daha küçükse çıkışta bulunan eş değer direnç R2’den daha küçük olur ve gerilim bölücü istenilen gibi çalışmaz.

• Isıtıcı olarak kullanılırlar.
  • Isıtıcı dirençler herhangi bir nedenle bir elektronik cihazın ısı üretilmesi gerektiğinde kullanılır. Peki dirençler nasıl ısıtıcı olarak kullanılır? Direnç üzerinden geçen akımın karesinin direnç değeri çarpımı kadar güç harcar. Harcanan güç ısı olarak görülür. Ve bu şekilde tost makinesi, fön makinesi, ısıtıcı, saç düzleştiricisi gibi cihazlarda kullanılır.
• Frekans ve zaman sabitesinde kullanılır.
  • Kapasitörün şarj edilmesi ve deşarj edilmesinde kullanılarak bir devrenin frekansını belirleme de kullanılır.
• Bazı dirençlerin değerleri sabit değildir bazı etkenlere bağlı olarak değerleri değişir. Bu durumda farklı yerlerde değişken dirençlerin kullanımı avantaj sağlar. Aşağıda değişken dirençlerin farklı kullanımlarına örnekler görülmektedir.
  • LDR (Light Dependent Resistor), ışığa bağlı direnç olarakta bilinirler karanlıkta direnç değeri mega ohm seviyesindeyken Işık miktarı arttıkça direnç değeri kiloohm seviyelerine kadar düşer. Gece ve gündüz ayrımının yapılması adına LDR’ler sokak aydınlatmalarında kullanılırlar.
  • VDR (Voltage Dependent Resistor) Voltaja bağlı direnç olarakta bilinirler. Voltaj değeri arttıkça direnç değeri azalır. Devrelerde yüksek voltajın devreye zarar vermemesi için kullanılırlar. Devrelerde voltaj VDR voltajına eşit ya da büyük olduğunda akımı kendi üzerinden akıtarak devreyi korur.
  • Thermistor, Sıcaklığa bağlı olarak direnç değeri değişir. Sıcaklık değerinin ölçülmesi ya da sıcaklığın kontrol edilmesi gereken yerlerde kullanılırlar. İki türü vardır PTC ve NTC
    • PTC (Positive Temperature Coefficient), Sıcaklık arttıkça direnç değeri artar.
    • NTC (Negative Temperature Coefficient), Sıcaklık artıkça direnç değeri azalır.
• Laptop ve telefon gibi elektronik cihazların şarj edilmesinde kullanılırlar. Dirençlerin üzerinden düşen voltaja bağlı olarak akım kontrol edilir.
• Ayarlanabilir dirençler kullanarak akan akım miktarı değiştirilir. Bu şekilde motorların hızını değiştirme, fan hızını ayarlama, ledlerin ya da ampullerin parlaklığını ayarlayama imkânı verir.
• LED ve transistor gibi cihazlarda koruma görevi görür :). Akım sınırlandırma özelliği kullanılarak elektronik komponentlerin üzerinden akan miktarı azaltılır.
• Sigorta olarak kullanılır. Bazı devrelerde fazla akım aktığında devrenin zarar görmemesi için küçük omajlı dirençler kullanılarak devre korunur.
• Filtre devrelerinde istenilen frekans aralığını geçirmek ya da geçirmemek için kullanılırlar.
• Filtre devlerinde ya da kapasitörlerde kapasitörün üzerindeki voltajı boşaltmak için kullanılır. Bu dirençlere “Bleeder” dirençte denmektedir.
• Pull up/down dirençler, bazı entegre ya da işlemcilerin pinlerinin gürültüden ve parazitten etkilenmemesi için bu pinlerin direnç yardımı ile VCC ’ye ya da GND ’ye çekilmesi gerekir. Bu şekilde pinler daha kararlı ve dengeli olurlar.

Direnç çeşitleri

Yapılarına ve çeşitli özelliklerine göre farklı türlerde dirençler vardır.

Lineer Dirençler

Uygulanan sıcaklık ve gerilime göre değeri değişen dirençlere lineer dirençler denir. Başka bir deyişle ohm yasasının uygulandığı dirençlerdir. İki farklı türü vardır.

Sabit dirençler

Net bir direnç değerine sahip dirençlerdir. Değeri sadece sıcaklık gibi etkenlerle değişir( sıcakla yaklaşık olarak 100ppm gibi bir değerde değişir)

Karbon Kompozisyon Dirençleri (Carbon Composition Resistors)

Karbon bileşim dirençleri (CCR) sabit değerli dirençlerdir. Bir bağlayıcı (örneğin kil) ile karıştırılmış ince karbon parçacıklarından yapılırlar. Pişirildikten sonra katı bir forma sahip olurlar.

Karbon bileşimli dirençlerin en büyük avantajlarından biri, yüksek enerji darbelerine  (high energy pulses) dayanabilmeleridirler. Dirençten akım aktığı zaman, karbon bileşimli gövdenin tamamı enerjiyi iletir. Örneğin Tel sargı direnci, akımı iletmek için çok daha küçük bir tel hacmine sahiptir. Bu nedenle, karbon bileşimi direncinin termal kütlesi çok daha yüksektir ve bu da daha yüksek bir enerji kapasitesi ile sonuçlanır. Tel sargılı dirençlere (wire wound dirençlere) oranla daha yüksek direnç değerlerine sahip olabilirler. Ancak karbon bileşimli dirençler, düşük kararlılığa sahip olmaları nedeniyle modern ve yüksek hassasiyetli uygulama için uygun değillerdir.

Tel sargılı Dirençler (Wire Wound Resistors)

İletken olmayan bir malzemeden yapılmış bir çekirdeğin etrafına sarılan yalıtılmış bir metalik teldir. Tel malzemesi yüksek bir dirence sahiptir ve genellikle nikel-krom (Nikrom) gibi bir alaşımdan veya Manganin adı verilen bir bakır-nikel-mangan alaşımından yapılır. Ortak çekirdek malzemeler arasında seramik, plastik ve cam bulunur. Tel sargılı dirençler, bugün hala üretilen en eski direnç türüdür. Çok hassas bir şekilde üretilebilirler ve düşük direnç değerleri ve yüksek güç değerleri için mükemmel özelliklere sahiptirler. Tel sargılı dirençleri tipik olarak devre kesiciler ve sigortalar gibi yüksek güçlü ve endüstriyel uygulamalarda kullanılır.

Tel sargılı dirençleri doğal olarak bir miktar parazitik kapasitansa ve endüktansa sahiptir. Bu nedenle, bir alternatif akım devresindeki akım akışını etkilerler. Bu parazitlerin bu etkisi genellikle istenmeyen bir durumdur. DC akımlar, AC akımlara göre parazit kapasitans ve öz indüksiyondan daha az etkilenir.

Temelde bir indüktör olan telli direncin tasarım prensibi nedeniyle, bu dirençler tüm direnç türleri arasında en kötü yüksek frekans özelliklerine sahiptir. Direnç uygulamasına bağlı olarak sargıyı uygulamanın birkaç yolu vardır. Bu parazitik etkileri azaltmak için birkaç özel sargı tipi mevcuttur.

• Bifilar winding
• Winding on a flat former
• Ayrton-Perry winding

Bu tür sargılar, özel devreler için uygulanır. Bu yöntemlerin dezavantajı, üretim sürecinin zorluğudur ve maliyetidir.

Tel sarılı dirençlerin kullanım yerleri ise;

Tel Sargılı dirençleri genellikle devre kesicilerde veya sigorta olarak kullanılır. Eriyebilir bir direnç yapmak için üretici, direncin bir ucuna küçük bir yay ekler. Az miktarda lehim bu yayı yerinde sabit tutacaktır. Dirençten geçen akım ve ısı yeterince yükselirse, lehim eriyecek ve yay fırlayarak devreyi açacaktır. Yüksek güç kapasiteleri nedeniyle, devre kesici uygulamalarında telli dirençler yaygındır. Büyük bir devre kesici cihazında bileşenler olarak kullanılabilir veya kendileri devre kesici görevi görebilir.

Sigorta telli dirençler, yüksek güç uygulamalarında kullanılmak üzere satıldığında, genellikle devre kesiciler olarak etiketlenirler. Tel sargılı direnç potansiyometreleri hem yüksek güç hem de yüksek hassasiyet sunmak için yapılabilir. Bu potansiyometreler, hassasiyetleri nedeniyle stereo sistemlerde, dönüştürücüler ve televizyonlar gibi yüksek güçlü uygulamalarda sıklıkla kullanılır. Tel sargılı dirençleri sıcaklık sensörleri olarak da kullanılabilir. Bu durumda pozitif sıcaklık katsayısına sahip metal kullanılır. Bu, metalin sıcaklığı arttıkça direncinin arttığı anlamına gelir. Bu değişen direnç ölçülebilir ve tekrar bir sıcaklık değerine dönüştürülebilir.

Tel sargılı dirençlerde doğal olan endüktif etkinin arttırılması, bu dirençlerin akım sensörleri olarak kullanılmasına izin verebilir. Endüktif reaktans, cihazın endüktansı ve içinden geçen akım tarafından belirlenir. Akım algılama cihazları, reaktansı ölçer ve onu akım okumasına dönüştürür. Bunlar, yüksek akım durumunun meydana gelebileceği durumlarda kullanılır ve bir kesiciyi açmadan önce bunun düzeltilmesi istenir. Büyük soğutma suyu pompaları ve dondurucu üniteleri bu tip uygulamalara örnektir.

İnce Film Dirençleri (Thin Film Resistors)

İnce film direnç katmanı kullanan direnç, ince film direnci olarak bilinir. Bu katman seramik bir tabanın üzerine yerleştirilmiştir. Kalın film direnci ile karşılaştırıldığında, bu direncin kalınlığı yaklaşık 0,1 mikrondur. Genel olarak, bu dirençler daha kararlı ve daha yüksek hassasiyetli teknolojilerde kullanılan daha iyi bir sıcaklık katsayısına sahiptir. Hem kalın film hem de ince film dirençleri aynı gibi görünür ancak üretim süreçleri farklıdır.

İnce film dirençlerin avantajları aşağıdakileri içerir.

• Bu dirençlerin sıcaklık kat sayıları oldukça düşüktür ve düşük toleranslara sahiptir.
• Daha az gürültüye, daha düşük kapasitansa ve daha düşük parazitik endüktansa sahiptirler.
• Bu dirençlerin elektriksel performansı yüksektir.
• Yüksek frekans yanıtı oldukça yüksektir.
• Yüksek bir güç derecesi sağlar.
• Daha az gürültüye sahiptir.

Dezavantajları ise,

• Bu bileşenler hassastır.
• Yüksek fiyat.
• Çok dikkatli davranmak gerekiyor ESD gibi etkenelerden hızlıca etkilenebilir.

İnce film dirençlerin uygulamaları aşağıdakileri içerir.

İnce film dirençler, yüksek doğruluk, düşük gürültü ve yüksek kararlılığın gerekli olduğu uygulamalarda kullanılırlar. Bu uygulamalar, ölçüm, test, tıbbi, izleme, enstrümantasyon, hassasiyet ve ses uygulamaları gibi farklı ekipmanları içerebilir. İnce film dirençler, havacılık ve tıp alanlarında ekipman izleme ve ölçme, ses bilgisayar çipleri, RF uygulamaları, telekomünikasyon, güç kaynağı dönüştürücüler, HVAC sistemleri vb. gibi daha yüksek hassasiyetin gerekli olduğu yerlerde kullanılır.

Karbon Film Dirençler (Carbon Film Resistors)

Karbon Film dirençleri, alt tabaka olarak adlandırılan yüksek dereceli seramik malzemeden yapılmış bir yalıtım malzemesi çubuğu veya çekirdeği içerir. Çubuğun etrafına yerleştirilmiş çok ince dirençli karbon tabakası veya filmdir. Bu tür dirençler, katı karbon dirençlere kıyasla ihmal edilebilir gürültü, geniş çalışma aralığı ve stabilite nedeniyle elektronik devrelerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Metal Film Dirençler (Metal Film Resistors)

Metal film dirençleri, Karbon film dirençleri gibi yapı bakımından aynıdır, ancak temel fark, metal (veya metal oksitlerin bir karışımı olan Nikel Krom’dur) olmasıdır. Karbon yerine Metal film dirençler çok küçük, ucuz ve kullanımda güvenilirdirler. Sıcaklık katsayıları çok düşüktür (±2 ppm/°C). Kararlılığın ve düşük gürültü seviyesinin önemli olduğu yerlerde kullanılır.

Kalın Film Dirençler (Thick Film Resistors)

Elektrikli ve elektronik cihazlarda açık ara en çok kullanılan dirençlerdir. Genellikle yüzeye monte (SMD) çip direnci olarak paketlenirler ve diğer teknolojilere kıyasla en düşük maliyete sahiptirler.

Direnç; bir bağlayıcı, bir taşıyıcı ve çökeltilecek metal oksitlerin karışımından oluşan özel bir macundur. Kalınlığı 100 um mertebesindedir. Bu, ince filmden yaklaşık 1000 kat daha fazladır. İnce filmden farklı olarak, bu üretim süreci çok katmanlıdır. Bu, iletken desenleri ve direnç değerlerini oluşturmak için dirençli katmanların alt tabakaya sırayla eklendiği anlamına gelir.

Metal Oksit Dirençler (Metal Oxide Resistors)

Metal oksit film dirençleri sabit değerli eksenel dirençlerdir. Kalay oksit gibi ince bir metal oksit filmi ile kaplanmış seramik çubuktan yapılmıştır.

Metal oksit film dirençleri, aşağıdaki özellikler açısından metal film ve karbon film dirençlerinin performansını aşar: güç değeri, voltaj değeri, aşırı yük kapasitesi, dalgalanma kapasitesi ve yüksek sıcaklıkta çalışma. Tasarımcılar genellikle yüksek dayanıklılık uygulamaları için metal oksit film direncini seçerler. Kararlılık özellikleri, metal film dirençlerinden daha düşüktür. Metal oksit film dirençleri, düşük değerler ve tolerans açısından zayıf özelliklere sahiptir. Sıcaklık katsayısı 300 ppm/°C civarındadır ve bu metal film tiplerinden daha yüksektir.

Metal oksit dirençler, karbon veya metal film dirençlerden daha yüksek sıcaklıklara dayanabilir. Gürültü özellikleri karbon dirençlere benzer.

Metal oksit film dirençlerinin birçok özelliği, metal film dirençlerine benzer. Temel kullanım için, metal film ve metal oksit film şu anda baskın direnç türleridir. Karbon film ile karşılaştırıldığında, fiyatlar bir o kadar düşüktür. Güç dağılımı gereksinimlerinin 1 W’ın üzerinde olduğu ve makul kararlılığın gerekli olduğu uygulamalar için karbon film dirençleri, metal oksit film dirençlerinden daha uygun maliyetlidir.

Sermet Dirençler (Cermet Film Resistors)

Bir sermet direnci, seramik bir alt tabaka üzerine iletken bir seramik ve metal macunu bırakarak yapılan bir direnç türüdür.

Sermet dirençler, metal, karbon veya metal oksit film dirençlerine benzer bir tür film direncidir. Düşük toleranslar ve düşük gürültü gibi mükemmel özelliklere sahiptirler. Sermet dirençler, diğer direnç oluşturma yöntemleriyle elde edilmesi zor olan çok yüksek direnç değerleri de dahil olmak üzere çok çeşitli dirençlerde mevcuttur. Sermet dirençler, kalın bir film veya ince bir film olarak yapılabilir.

Sermet dirençlerin birçok avantajı vardır. %1’in altındaki çok dar toleranslarla üretilebilirler. Düşük gürültüye sahiptirler, daha yüksek sıcaklıklarda kararlıdırlar ve düşük sıcaklık katsayısına sahiptirler.

• Düşük tolerans (< %1)
• Düşük gürültü
• Yüksek sıcaklıklarda daha kararlı
• Çok yüksek direnç değerleri
• Düşük sıcaklık katsayısı (TCR)
• Son derece doğrusal yanıt, lineer
• Kompakt boyut

Sigorta Dirençler (Fusible Resistors)

Sigorta direnç, herhangi bir devrenin korunması amacıyla yapılmış özel bir direnç türüdür. Bu direnç, akım yükü aniden gereğinden fazla yükseldiğinde alev almadan veya fazla ısı üretmeden kaynaşma özelliğine sahip malzemeden yapılmıştır. Bu direnç besleme girişine, artı ya da eksi, her zaman seri olarak bağlanır.

Lineer olmayan dirençler

Lineer olmayan dirençlerin içinden geçen akımın Ohm Yasasına göre değişmediği, ancak sıcaklık, ışık veya uygulanan voltajdaki değişiklikle değiştiği dirençlerdir.

Termistör

Termistörler, sıcaklığa çok duyarlı olan iki terminalli bir cihazdır. Başka bir deyişle, Termistörler, sıcaklıktaki değişimi fark eden bir tür değişken dirençtir. Termistörler kobalt, Nikel, Stronsiyum ve Manganez metal oksitlerinden yapılır.

• PTC (Positive Temperature Coefficient), Sıcaklık arttıkça direnç değeri artar.
• NTC (Negative Temperature Coefficient), Sıcaklık artıkça direnç değeri azalır.

Varistör

Varistörler, direnç değerleri voltaja bağlı olarak değişen direnç türleridir. Devrelere zarar verebilecek voltaj yükselmelerinden korumak için kullanılan özel bir değişken direnç tipidir. Bağlı bulunduğu devrede voltaj VDR voltajına eşit ya da büyük olduğunda akımı kendi üzerinden akıtarak devreyi korur. Direnç değeri voltaj değeri arttıkça azalır.

Foto Direnç (LDR)

Foto Direnç veya LDR (Işık Bağımlı Dirençler), direnç değeri ışık yoğunluğuna göre değişen bir direnç türüdür. Direnç değerleri yüzeyine düşen ışık miktarıyla değişen dirençlere Foto Direnç veya Foto İletken Hücre veya LDR (Işık Bağımlı Direnç) denir. Bu tür dirençleri yapmak için kullanılan malzemeye foto iletken denir. Karanlıkta direnç değeri mega ohm seviyesindeyken Işık miktarı arttıkça direnç değeri kilo ohm seviyelerine kadar düşer.

Yüksek frekanslar da direnç karakteristiği

Dirençleri seçerken dikkat edilmesi gereken bir diğer konu ise dirençlerin gerçekte ideal olmamasıdır.

İdeal direncin sembolü aşağıdaki gibidir.

Gerçekte direncin içerisinde hem kapasit hem de indüktör vardır bu nedenle yüksek frekanslara çıkıldıkça direnç özelliğini kaybeder ve indüktör ya da kapasitans gibi davranır. Bu nedenle kullanılacak frekansa göre doğru direnç değerleri seçilmelidir.

• Wire wound dirençler: 50 kHz’e kadar
• Karbon dirençler: 1MHz’e kadar
• Metal film dirençler: 100 MHz’e kadar
• Metal oksit dirençler: 100 MHz’e kadar