Devre Koruyucu Komponentler

Elektronik devrelerde, kartı ve bileşenleri aşırı akım, voltaj, ısı veya diğer zararlı durumlara karşı korumak için kullanılan devre elemanlarına devre koruyucu komponentler denir. Varistör, termostat, gaz deşarj tüpü, sigorta, termistör, vb. birçok farklı çeşidi bulunan bu bileşenler elektronik devreler için oldukça önemli komponentlerdir.

Devre Koruyucu Komponent Çeşitleri

Varistör

Varistör, elektrik devrelerinde aşırı gerilimlere karşı koruma sağlamak için kullanılan bir devre elemanıdır.

Yapısı:

• Varistörler Çinko Oksit (ZnO), Titanyum Dioksit (TiO₂ ) veya Silikon Karpit(SiC) gibi maddelerin, genellikle disk veya silindir biçiminde kalıba basılmasıyla elde edilir.
• Kalıplanmış varistör, yüksek sıcaklıkta sinterlenir. Sinterleme işlemi, metal oksit tanelerinin birbirine bağlanmasını ve varistörün sağlamlaşmasını sağlar.
• Varistör koruyucu bir kaplama ile kaplanır ve montajı tamamlanır.

Çalışma Prensibi:

• Normal Gerilim Seviyesinde: Elektrik devresindeki gerilim, varistörün normal çalışma aralığında olduğu sürece, varistörün direnci çok yüksektir. Bu yüksek direnç sayesinde varistör, devreye minimum bir etki yapar ve enerji kaybı olmaz.
• Yüksek Gerilim Seviyesinde: Gerilim üzerinde nominal derecelerin üstünde bir yükselme görüldüğünde, varistörün direnci düşmektedir. Bu süreç cihazın aşırı gerilimden zarar görmesini engeller.

Türleri:

• Metal Oksit Varistör (MOV): Özellikle aşırı gerilimlere karşı koruma sağlamak için yaygın olarak kullanılan bir tür varistördür. İçeriğinde genellikle çinko oksit tanelerinden oluşan seramik bir yapıdadır. Gerekli durumlarda bizmut ve kobalt da içerebilir.
• Silikon Karbit Varistör (SiC): Aşırı gerilim koruma uygulamalarında kullanılan yarı iletken elemanlardır. Metal oksit varistörlere (MOV’lar) benzer şekilde çalışırlar, ancak avantajları ve dezavantajları bulunmaktadır. En büyük avantajları, SiC varistörler arıza durumunda kendilerini iyileştirebilmeleridir. Bu sayede, devreyi kısa devre yapmazlar ve devrenin güvenliğini ve devamlılığını sağlarlar. Önemli bir bekleme akımı çekmeleri, yüksek maliyet ve üretim zorlukları gibi dezavantajları örnek verilebilir.

 Devrede Kullanım Şekli:

• Varistör, enerji sistemlerinde, AC voltaj kaynağı ile, voltaja duyarlı alıcı devreler arasına paralel bağlanarak kullanılır.

Termostat

Devre koruyucu termostatlar, elektrikli ve elektronik cihazlarda sıcaklık kontrolünü sağlamak amacıyla kullanılan devre elemanlarıdır. Ana görevi istenilen sıcaklığa göre elektrik akımını kontrol etmektir.

Yapısı:

Termostat, sıcaklığı algılamak için bir sensör, bir kontrol mekanizması ve bir çıkış aygıtından oluşur. Sensör, genellikle bir termal bimetal veya termistör gibi malzemelerden yapılır. Kontrol mekanizması, sensörden gelen bilgileri işler ve belirli bir sıcaklık eşiğine ulaşıldığında çıkış aygıtını (bir röle veya transistör) etkinleştirir veya devre dışı bırakır.

Örneğin:

• Bimetalik Şerit (Bimetallic Strip): İki farklı metalden oluşan bu şerit, sıcaklık değişikliklerine tepki olarak bükülür. İki metalin birleşiminden oluşur, bu metaller farklı genleşme katsayılarına sahiplerdir ve bu özellik sayesinde biri diğerine göre daha fazla uzar veya bükülür.
• Kontaklar (Contacts): Bimetalik şeride bağlı olarak açılan veya kapanan elektrik kontaklardır.
• Muhafaza (Housing): Termostatın iç bileşenlerini koruyan ve çevre koşullarına karşı dayanıklılık sağlayan bir kılıftır.

Çalışma Prensibi:

Bir termostatın çalışma prensibi, genellikle termal genleşme veya elektriksel direnç değişikliği gibi fiziksel etkileri kullanır.

Örneğin:

• Normal Sıcaklık Durumu: Cihaz normal sıcaklıkta çalışırken şerit düz halde kalır ve kontaklar kapalıdır.
• Yüksek Sıcaklık Durumu: Cihazın sıcaklığı arttıkça, bimetalik şerit genleşerek bükülür ve kontaklar açılır. Bu durumda elektrik akımını keserek cihazın ısınmasını engeller.
• Soğuma Durumu: Cihaz soğuduğunda, bimetalik şerit tekrar ilk haline döner ve kontak kapanır.

Türleri:

• Mekanik Termostatlar: Termal genleşme veya mekanik kontaklar gibi mekanik prensipleri kullanarak sıcaklığı kontrol eder.
  1.Bimetal Şerit Termostatlar
  2.Sıvı Dolgulu Termostatlar
• Elektronik Termostatlar: Elektronik bileşenler ve sensörler kullanarak sıcaklık kontrolünü gerçekleştirir.
  1.Dijital Termostatlar
  2.Programlanabilir Termostatlar
  3.Akıllı Termostatlar
• Hibrid Termostatlar
• Hat Voltajı Termostatlar
• Düşük Voltaj Termostatlar
• Pnömatik Termostatlar

Tristör Gerilim Koruyucular

Tristör gerilim koruyucular, elektrik devrelerini ve cihazlarını ani voltaj yükselmelerinden veya dalgalanmalardan korumak için kullanılan yarı iletken bileşenlerdir. Tristörler, yüksek akım ve gerilim değerlerinde hızlı tepki süreleri sayesinde bu tür koruma devrelerinde yaygın olarak kullanılır.

GDT-Gaz Deşarj Tüpleri

Gaz deşarj tüpleri, elektrik devrelerini aşırı voltajdan korumak için kullanılan devre elemanlarıdır. Bu devre elemanları, belirli bir voltaj seviyesine ulaştığında iletken hale gelir ve aşırı voltajı toprağa deşarj ederek cihazları korur. Genellikle telefon hatları, iletişim sistemleri ve güç dağıtım sistemleri gibi uygulamalarda kullanılırlar.

Yapısı:

• Tüp (Tube): Silindirik bir camdan veya seramik tüpten oluşur, içerisinde gaz bulundurur.
• Elektrotlar (Electrodes): Tüpün iki ucunda bulunan metal elektrotlardır, gazın deşarj edilmesi esnasında elektrik akımını iletirler.
• Gaz: Normalde yalıtkan bir ortam sağlayan gaz, voltaj belirli bir seviyeyi aştığında iyonize olur ve iletken hale gelir.

Çalışma Prensibi:

• Normal Durum: Normal çalışma koşullarında, tüpün içerisinde ki gaz yalıtkan olarak davranır ve elektrotlar arasında akım geçmez.
• Aşırı Voltaj Durumu: Voltaj değeri belirli bir eşiği aştığında, gaz iyonize olur ve elektrotlar arasında akım geçmeye başlar. Aşırı voltaj, elektronların arasından geçerek toprağa yönlendirilir.

Türleri:

• Standart Gaz Deşarj Tüpleri: Aşırı voltaj koruması için kullanılır, iletişim hatları ve elektrik dağıtım sistemlerinde kullanılır.
• Yüksek Enerjili Gaz Deşarj Tüpleri: Yüksek enerji deşarjlarına karşı koruma sağlar.
• Çok Elektrotlu Gaz Deşarj Tüpleri: Üç veya daha çok elektrot içerir. Çoklu hat koruma gerektiren uygulamalarda kullanılır.
• Düşük Kapasiteli Gaz Deşarj Tüpleri: Hassas elektronik cihazlarda kullanılır, düşük kapasitede hızlı tepki vererek koruma sağlar.

Demeraj Akım Sınırlayıcılar

Demeraj akım sınırlayıcılar, elektrik devrelerinde ani akım dalgalanmalarını sınırlamak için kullanılan bir elektrik devre elemanıdır.

Çalışma Prensibi:

• Devreye başlangıçta yüksek güçte bir direnç ekleyerek akımın kontrolü sağlanır. Gelen ani akımlar ve başlangıç akımları düştükten sonra direnç devreden çıkarılır.

Türleri:

• Sabit Değerli Demeraj Akımları: Devreye başlangıç olarak yüksek güçte direnç eklenir ve normal hale yaklaştığında devreden çıkarılır.
• Zaman Gecikmeli Demeraj Akımları: Devrenin başlangıç akımlarını sınırlayıp ardından normal akıma geçiş sağlanır. Bu devre elemanları genellikle zaman rölelerinde ve elektronik zamanlayıcılarda kullanılır.

Sigorta Bileşenleri

Sigortalar, elektrik devrelerini aşırı akımlardan korumak amacıyla kullanılan devre elemanlarıdır. Elektrik akımı belirli bir değerin üzerine çıktığında, sigorta devreyi açarak akımı keser ve devre elemanlarının, devreye bağlı alıcıların zarar görmesini engeller.

Yapısı:

• Sigorta Teli (Fuse Element): Düşük erime noktasına sahip bir telden veya şeritten oluşur, elektrik akımı bu tel üzerinden geçer. Genel olarak telin yapısında kurşun, kalay veya bakır bulunur.
• Sigorta Gövdesi (Fuse Body): Sigorta telini koruyan bir yalıtkan malzemeden oluşan gövde yapısıdır. Bu gövde yapısı genellikle cam, seramik veya plastikten oluşur.
• Terminaller (Terminals): Sigortanın devreye bağlanmasını sağlayan noktalardır.

Çalışma Prensibi:

Elektrik akımının belirli bir seviyenin üzerine çıkmasıyla sigorta içerisinde ki telin erimesine bağlı olarak devrede tel kopar ve akım kesilir.

• Normal Çalışma Durumu: Elektrik akımı sigorta teli üzerinden geçer fakat tel erime sıcaklığına ulaşmamaktadır.
• Aşırı Akım Durumu: Elektrik akımı sigortanın nominal akım değerinin üstünde olduğundan sigorta teli ısınır ve erir. Telin erimesine bağlı olarak devreyi açar ve akım akışı kesilir.
• Koruma Durumu: Devre elemanlarını ve cihazları aşırı akım nedeniyle oluşabilecek hasarlardan korur.

Türleri:

• Kartuş Sigortalar (Cartridge Fuses): Silindirik gövdeye sahip sigorta türleridir. Genel olarak ev ve endüstriyel uygulamalarda kullanılırlar.
• Cam Sigortalar (Glass Tube Fuses): Cam gövdeli sigortalardır. Genel olarak elektronik cihazlar ve küçük elektrikli aletlerde kullanılır.
• Otomobil Sigortaları (Automotive Fuses): Araç elektrik sistemlerini korumak için kullanılır. Bıçak tipi(blade) sigortalardır.
• Gecikmeli Sigortalar (Time-Delay Fuses): Geçici olarak akımları tolere eder ve bir süre sonra tel erir. Motorlar ve transformatörler gibi başlangıçta yüksek akım çeken cihazlarda kullanılır
• Termik Sigortalar (Thermal Fuses): Yüksek sıcaklıklara karşı koruma sağlar. Endüstriyel elektrik alanlarında kullanılır.
• Yüksek Akımlı Sigortalar (HRC): Yüksek akım kapasiteli devreler için tasarlanmıştır.

Devrede Kullanım Şekli:

• Sigortalar, koruma sağlamak istedikleri devre elemanları ile seri olarak bağlanır.  Bu şekilde, sigortanın üzerinden geçen akım aynı zamanda korunan cihaz veya devre elemanının da üzerinden geçer.  Genellikle devrenin faz tarafında konumlandırılır bu da devreyi hızlı bir şekilde kontrol altında tutmasını sağlar.

Termistörler

Termistörler, sıcaklığa duyarlı direnç elemanlarıdır. Sıcaklık değişimlerine karşı direnç değerleri önemli ölçüde değişir. Therm ısıl anlamında ve Resistor direnç anlamında kullanılır. Sıcaklıkta meydana gelen değişime göre ayarlanabilir devrelerde kullanılır.

Yapısı:

• Seramik Malzeme: Yapısında seramik bulunduran termistörler içerisinde nikel, manganez ve bakır gibi bileşenler bulundurur. Yüksek sıcaklıkta ve geniş sıcaklık aralıklarında çalışmaktadır.
• Metal Elektrotlar: Seramik malzemeye bağlı olarak iki ayak bulunmaktadır. Bu ayaklar devrede ki direncin ölçülmesini sağlar.
• Kaplama: Termistörü dış etkenlerden korumak için epoksi ve cam gibi kaplamalarla kaplanır.

Çalışma Prensibi:

Termistörler sıcaklık değerine bağlı olarak direnç değerlerinin değişmesiyle kullanılan devre elemanlarıdır. Bu da iki ana tür içermektedir.

• Negatif Sıcaklık Katsayılı Termistörler (NTC): Sıcaklık değeri ile ters orantılı çalışmaktadır. Sıcaklık arttıkça direnç azalmaktadır.
  -Aşırı sıcaklık koruma devreleri ve sıcaklık devrelerinde kullanılır.
• Pozitif Sıcaklık Katsayılı Termistörler (PTC): Sıcaklık değeri ile doğru orantılı çalışmaktadır.
  -Aşırı akım koruma devrelerinde kullanılır.