DC Doğru Akım ve AC Alternatif Akım

 Bu güne kadar işlediğimiz bütün konularda DC doğru akım gördük. Doğru akım devrede elektrik akımı belli bir zaman aralığında değeri sabit kalan akımdır. Örneğin LED yaktığımız devrede 9v pilimiz vardı ve uzun zaman içerisinde bu değerinde değişime uğramadı. Ortalama 18mA akım devremizde akmıştı.

Devrede gördüğünüz gibi gerilim değerlerinde bir değişiklik yok. Zamanla gerilim değerlerinde bir değişiklik olmayan akıma doğru akım denir.

Alternatif akım, ben buna dalgalı akım da diyorum, bir zaman aralığında elektrik akımının gerilim değerleri arasında salınım yapmasıdır. Örneğin bu +5v ile 0 volt arasında olabileceği gibi, +5v ile -5v arasında da olabilir. AC Dalgalı akımın en bilineni evlerimizdeki şebeke gerilimidir. +220v ile -220v arasında 1 saniye içerisinde 50 kez periyodik olarak salınım yapmaktadır.

Simülasyonda görüleceği üzere Alternatif akımda gerilim değeri +220V ile -220V arasında gidip gelmekte. Çıkışta görülen -104.164V değeri simülasyonu durduğumuz anlık gerilim değeridir. Buradan şunu anlıyoruz ki alternatif akımda anlık değerler farklılık göstermekte. Biz alternatif akımı belli bir zaman aralığında ölçtüğümüz değer aralıklarından çıkarılacak sonuca göre AC 220V olarak adlandırabiliyoruz. Alternatif akım sadece V değeri değil aynı zamanda bir saniye içinde yaptığı tekrar sayısına göre de anılır. 1 saniye içindeki tekrar sayısına Hertz deniz ve Hz olarak kısaltılır. Evimizdeki şebeke gerilimi 50 Hz'dir. Buna frekans denilir. Amerika'da bu değer 60Hz'dir.

Hertz yani frekansı bulmak için ne demiştik, bir saniye içerisinde gerilim değerinin başladığı noktaya tekrar geri dönmesi. Ancak bu yanlış anlaşılmasın, 0V'tan başlayıp tekrar 0V'a dönmesi bize yanlış sonucu verecektir. En doğru sonuç başlangıç olarak alınan noktaya sinyalin aynı yönden ulaşmış olması bir periyottur. -'den 0'a doğru gelen sinyal tekrar -'den 0'a geldiği nokta 1 periyot yapar. Buna göre +220V'tan başlayıp tekrar +220V'a geri dönme bir tam periyodu gösterecektir. 

Çerçeve içine alınmış kırmızı ve siyah çizgiler arasındaki bir tur pir periyodu gösterir. Bunlardan 1 saniye içerisinde kaç kere tekrar ediyorsa bu bize frekansı verir. O halde saniyeyi tekrar sayısına bölersek bir tam periyodun kaç saniye içinde gerçekleştiğini bulabiliriz.

T = 1/Hz(f)

Formülde T bir periyodun tamamlandığı zaman aralığı.

O zaman şebeke geriliminin bir periyodunun kaç saniyede tamamlandığını bulalım.

T = 1/50 = 0,02 = 20 mili saniye yapar. 1 mili saniye saniyenin binde biri demektir. 

Bu formül ile biz bir periyodun zaman süresini bilerek frekansı da bulabiliriz.

Örneğin bir periyodu 100mili saniyede tamamlayan alternatif akımın frekansı f = 1sn / T = 1 / 0,1sn = 10 Hz olacaktır. 100 mili saniyeyi saniyeye çevirdiğimize dikkat edin.

Bir örnek daha çözelim. 1mili saniyede bir periyodunu tamamlayan sinyalin frekansını bulalım. f = 1 / 0,001 = 1000 Hz yapar bu da 1kHz demektir. Dikkat ettiyseniz artık AC akım için sinyal kavramını kulandım. Alternatif akım aynı zamanda bir sinyaldir diyebiliriz.

Alternatif akım zaman içerisinde yaptığı değişimin çeşidine göre sinüs, kare, üçgen, rampa, testere gibi şekillerine göre isimlendirilir. Bunu belirleyen ise gerilim değerlerinin alt ve üst tepe noktalarına ulaşma açılarıdır. Sinüs açısıyla ulaşan sinyal sinüs, 90 derece açıyla ulaşıp 90 derece açıyla geri dönen kare dalga, 45 derece açıyla yönelen üçgen gibi.

Sırasıyla sinüs, kare, üçgen ve testere dalga.

Sinyalin frekansını bulurken hatırlayacağınız üzere bir noktadan başlayan sinyalin aynı noktaya aynı yönden dönüşü bir periyot olarak almıştık. Bu durumda sinyal orta nokta olan 0 noktasına iki kez gelecektir. 0 arasındaki 1 tur 1/2 yarım periyottur. İki yarım periyot arasındaki süre birbirine eşitse tekrar süresine (Duty Cycle) %50 olarak tanımlanır. Bu süreler farklılaştırılarak dijital devrelerde anolog gerilim elde edilir. 5v %50 tekrar süresiyle yani yarım zamanda 5v yarım zamanda 0v sinyal ile 2,5V çıkış elde edilir. Bu süre 5v değerde arttıkça çıkış 5v'a, azaldıkça 0v'a doğru DC bir gerilim elde edilir. Bu konuya dijital elektronik kısmında PWM darbe genişliği modülasyonu olarak ayrıca ele alacağız.

A genlik ve f Hertz cinsinden frekans

AC sinyaller ile ilgili henüz matematiksel formüllere girmeyeceğim. Ancak ileride devreler üzerinde gerekli olması halinde hesaplamalar yapacağız.