BC547 ile LED Flaşör Devresi Yapımı

25.02.2022 • 6 dk okuma
BC547 ile LED Flaşör Devresi Yapımı

Daha önce zamanlama entegresi kullanarak hazırladığımız 555 Entegresi ile Polis Çakarı Flaşör Devresi projemizden sonra, bu kez herhangi bir entegreye ihtiyaç duymadan, sadece iki adet BC547 transistör kullanarak klasik bir LED flaşör devresi tasarlayacağız.

Bu devre, elektronik literatüründe Astable Multivibratör (Kararsız Çoklu Titreştirici) veya yaygın adıyla Flip-Flop LED Flaşör olarak bilinir. Kararlı bir duruma sahip olmayan bu osilatör devresi, elektrik uygulandığı andan itibaren sürekli olarak iki çıkış arasında durum değiştirir. Alarm sistemlerinde, ikaz ışıklarında, oyuncaklarda, model araçlarda ve bisiklet flaşörlerinde sıklıkla tercih edilen bu temel devrenin arkasındaki fiziksel çalışma mekanizmasını ve matematiksel hesaplamaları adım adım inceleyelim.

Gerekli Malzemeler

  • BC547 NPN Transistör x 2 adet: Genel amaçlı, yüksek kazançlı anahtarlama transistörüdür. Detaylı teknik özellikleri için BC547 Datasheet belgesini inceleyebilirsiniz.
  • Dirençler: 330\text{ }\Omega x 2 adet (LED akımını sınırlamak için) ve 10\text{ k}\Omega x 2 adet (Transistör bayas/şarj direnci).
  • Elektrolitik Kondansatör: 100\text{ }\mu\text{F} / 16\text{V} (veya üzeri) x 2 adet (Şarj/deşarj zamanlamasını belirlemek için).
  • LED x 2 adet: Herhangi bir renkte standart 5\text{mm} gösterge LED’i.
  • Güç Kaynağı: 3\text{V} - 5\text{V} DC pil veya güç kaynağı.

Astable Multivibratör Devre Şeması

BC547 Astable Multivibratör LED Flaşör Devre Şeması ve Breadboard Kurulumu
BC547 LED Flaşör Devre Şeması

Devrenin Çalışma Fiziği: Osilasyon Nasıl Başlar ve Sürer?

Devrede tamamen simetrik elemanlar (birebir aynı direnç ve kondansatör değerleri) kullanılmasına rağmen, fiziksel dünyadaki toleranslar nedeniyle iki transistörden (Q_1 ve Q_2) biri daima diğerinden birkaç mikro-saniye daha hızlı iletime geçer. Bu küçük fark, devrenin kararsız osilasyon döngüsünü başlatan tetikleyicidir.

Çalışma döngüsünü adım adım analiz edelim:

Reklam Alanı — Click for AD Place
  1. Başlangıç Anı: Güç uygulandığında Q_1 transistörünün Q_2‘ye kıyasla milivoltlar mertebesinde daha hızlı iletime geçtiğini varsayalım. Bu durumda Q_1 doyum (saturation) moduna girer. Q_1‘in kollektör gerilimi hızla toprak seviyesine (V_{CE(sat)} \approx 0.2\text{V}) düşer.
  2. Q_2‘nin Kesime Gitmesi: Q_1‘in kollektör gerilimindeki bu ani düşüş, seri bağlı olan C_1 kondansatörü üzerinden Q_2‘nin beyz (base) ucuna negatif yönlü bir darbe olarak yansır. Bu durum Q_2‘nin base-emitter jonksiyonunu ters polarize eder ve Q_2‘yi kesime (cut-off) götürür. Q_2 kesimde olduğundan solundaki LED söner ve Q_2 kollektöründeki gerilim neredeyse V_{CC} seviyesine çıkar.
  3. Zamanlama ve Şarj Süreci: Q_2 kesimdeyken, C_1 kondansatörü R_2 direnci üzerinden yavaşça şarj olmaya başlar. C_1 şarj oldukça, Q_2‘nin base gerilimi (V_{B2}) negatif değerden pozitif yöne doğru yükselir. Bu yükselmenin hızı \tau = R_2 \cdot C_1 zaman sabitiyle belirlenir.
  4. Durum Değişimi (Geçiş): Q_2‘nin base gerilimi nihayet iletim eşiğine (V_{BE} \approx 0.7\text{V}) ulaştığında, Q_2 aniden iletime geçerek doyuma ulaşır. Q_2‘nin kollektör gerilimi hızla 0.2\text{V} seviyesine çöker. Bu ani düşüş, C_2 kondansatörü üzerinden Q_1‘in base ucunu negatife çekerek Q_1‘i aniden kesime götürür. Döngü bu şekilde tam tersine döner ve süreç sonsuz bir osilasyon halinde tekrarlanır.

Yanıp Sönme Hızı ve Frekans Hesaplama Formülleri

Her bir LED’in sönük kalma süresi (yani transistörlerin kesimde kalma süreleri), ilgili base dirençleri ve kapasitörlerin oluşturduğu RC zaman sabitiyle belirlenir. Transistör 1’in kesimde kalma süresi (T_1) ve Transistör 2’nin kesimde kalma süresi (T_2) şu şekilde hesaplanır:

    \[T_1 = \ln(2) \cdot R_3 \cdot C_2 \approx 0.693 \cdot R_3 \cdot C_2\]

    \[T_2 = \ln(2) \cdot R_2 \cdot C_1 \approx 0.693 \cdot R_2 \cdot C_1\]

Toplam periyot (T) ve osilasyon frekansı (f) aşağıdaki formüllerle ifade edilir:

    \[T = T_1 + T_2 \approx 0.693 \cdot (R_3 \cdot C_2 + R_2 \cdot C_1)\]

Astable Multivibratör Genel Frekans Hesaplama Formülü

Eğer devremizde tam bir simetri varsa, yani R_2 = R_3 = R ve C_1 = C_2 = C seçildiyse (ki tasarımımızda bu değerler 10\text{ k}\Omega ve 100\text{ }\mu\text{F}‘tır), formüllerimiz basitleşerek şu hali alır:

    \[T = 2 \cdot \ln(2) \cdot R \cdot C \approx 1.386 \cdot R \cdot C\]

    \[f = \frac{1}{2 \cdot \ln(2) \cdot R \cdot C} \approx \frac{1}{1.386 \cdot R \cdot C} \approx \frac{0.72}{R \cdot C}\]

Simetrik Durumda Astable Multivibratör Frekans Formülü

Burada direnç değerleri Ohm (\Omega) cinsinden, kondansatör değerleri ise Farad (\text{F}) cinsinden formüle yerleştirilmelidir. (100\text{ }\mu\text{F} = 100 \times 10^{-6}\text{ F} = 0.0001\text{ F}).

Tasarımımızdaki örnek değerler (R = 10\text{ k}\Omega = 10000\text{ }\Omega ve C = 100\text{ }\mu\text{F} = 0.0001\text{ F}) ile teorik frekans değerini bulalım:

    \[T = 1.386 \cdot 10000 \cdot 0.0001 = 1.386\text{ saniye (periyot)}\]

    \[f = \frac{0.72}{10000 \cdot 0.0001} \approx 0.72\text{ Hz (frekans)}\]

Bu hesaplama sonucuna göre, her bir LED yaklaşık olarak 0.693\text{ saniye} boyunca açık kalacak ve toplam yanıp sönme döngüsü 1.386\text{ saniye} sürecektir.

Astable Multivibratör Kollektör ve Beyz Dalga Şekilleri Grafiği

Breadboard Kurulum Son Görünümü

Breadboard Üzerinde Tamamlanmış BC547 LED Flaşör Devresi

Mühendislik Tasarım Notları ve Kararlılık Kriterleri

  • Görev Oranı (Duty Cycle) ve Asimetri: Eğer LED’lerin yanık kalma sürelerinin birbirinden farklı olmasını istiyorsanız (örneğin bir LED’in çok kısa yanıp sönmesi, diğerinin uzun süre açık kalması), bir taraftaki direnç (R_2) veya kondansatör (C_1) değerlerini değiştirerek asimetrik bir yapı elde edebilirsiniz. Görev oranı formülü şu şekildedir:

        \[\text{Duty Cycle} = \frac{T_1}{T_1 + T_2} \times 100\%\]

  • Kondansatör Toleransı ve Gerçek Frekans: Elektrolitik kondansatörlerin üretim toleransları oldukça yüksektir (genellikle \pm\%20). Bu nedenle teorik olarak hesapladığınız frekans ile breadboard üzerinde ölçtüğünüz gerçek frekans arasında ufak sapmalar olabilir. Hassas frekans gerektiren tasarımlarda metalize film kondansatörler tercih edilmelidir.
  • Diyot Ters Gerilim Koruması (V_{BE} Limitleri): Durum geçişleri esnasında transistörlerin base uçlarına uygulanan negatif gerilim darbesi -V_{CC} seviyesine yaklaşır. BC547 transistörünün base-emitter ters gerilim limiti (V_{EBO}) maksimum -6\text{V}‘tur. Eğer devre besleme gerilimini 6\text{V}‘un üzerine çıkaracaksanız, transistörlerin base bacaklarının zarar görmemesi için her bir base-emitter arasına ters paralel koruma diyotları (örneğin 1N4148) eklenmesi elzemdir.

Sonuç olarak; transistörlü astable multivibratör devresi, analog osilatör mekanizmalarının ve RC şarj/deşarj teorisinin en temel ve anlaşılır uygulama modellerinden biridir. Devre bileşenlerinin değerleriyle oynayarak ve transistör sınırlarını dikkate alarak dilediğiniz hızda kararlı çalışan görsel devreler üretebilirsiniz.

Yorum yapma özelliği, forum tarafından gelen istek sebebiyle kapatılmıştır. Lütfen tartışmalar ve sorularınız için topluluk forumumuza katılın.

İlgili Yazılar