ELM202 ELEKTRONİK-II DERSİ LABORATUAR FÖYÜ

Transkript

1 TC SKRY ÜNERSTES TEKNOLOJ FKÜLTES ELEKTRK-ELEKTRONK MÜHENDSLĞ ELM22 ELEKTRONK-II DERS LBORTUR FÖYÜ DENEY YPTIRN: DENEYN DI: DENEY NO: DENEY YPNIN DI ve SOYDI: SINIFI: OKUL NO: DENEY GRUP NO: DENEY TRH RPOR TESLM TRH KONTROL DEĞERLENDRME Ön Çalışma (%2) Deney Sonuçları (%2) Sözlü (%2) Deney Performansı (%2) Deney Raporu (%2) TOPLM Deney No: Program Çıktıları 12 1, 2, 3, 4, 5

2 DENEY 12 : FRK YÜKSELTEÇLER MÇ: şlemsel yükselteçlerin temel taşı olan fark yükselteçlerini tanımak, çalışma prensibini öğrenmek ve çalışma durumlarını incelemek. TEOR: nalog elektroniğin vazgeçilmez elemanlarından olan işlemsel yükselteçler(operational mplifiers) birçok matematiksel işlemin yerine getirilmesinde uzun yıllardır kullanılmaktadır. Örneğin toplama, çıkarma, integral alma, türev alma, karşılaştırma, elektronik röle, aktif filtre, osilatör vb. birçok uygulamada kullanılmakta ve diğer elemanlara göre dizayn işlemlerini basitleştirmektedir. Op-mp ların iç yapısı incelenirse giriş katında bir fark(differential) yükseltecinin olduğu ve daha sonra bu yükselteç çıkışının, diğer yükselteç katları ile önce genlik daha sonrada güç yükseltimine tabi tutulduğu görülebilir. Fark yükselteçlerinin çalışma prensiplerinin anlaşılması op-amp ların çalışma prensibini büyük ölçüde kolaylaştırmaktadır. Şimdi kısaca fark yükselteçlerini inceleyelim. Tipik bir fark yükselteci aşağıdaki şekilde görüldüğü gibidir. + cc 2 - EE Burada kullanılan transistörlerin aynı tip ve özellikte olması büyük önem arz etmektedir. Yine kullanılan dirençleri ve DC besleme kaynakları birbirlerine eşit olmalıdır. Bu devrenin çalışması üç durumda incelenebilir. Birincisi tek girişli çalışma durumudur. Bu durumda aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi yükselteç girişlerinden birisi şase yapılırken, diğerine C bir sinyal verilir. Devrenin DC analizi için transistörünün beyz- emiter uçları arasına bağlı kapalı elektrik devresine Kirchoff un gerilim kanununu uygularsak, direnci üzerinden geçen I RE akımı şu şekilde bulunur. I RE EE R E BE Devreden görüldüğü gibi, her bir transistörün emiter akımı bu akımın yarısına eşittir, yani; I E1 I E2 E I 2 RE olur. Buradan her bir transistör için r e değeri; olarak bulunur. r e1 r e2 r e 26m I ( m) E 2

3 + cc 2 - EE Buna göre devrenin girişinden O1 çıkışına olan gerilim kazancı; O 1 RC 1, 1 2re girişinden O2 çıkışına olan gerilim kazancı ise; O2 RC 2 1 2re olarak bulunur. Not: Eşitliklerin elde edilmesi için ders notlarınıza bakınız. kinci çalışma durumu ise her iki girişe farklı farklı C sinyallerin uygulandığı iki girişli çalışma durumudur. ki girişli çalışma durumu aşağıda görülmektedir. + cc 2 - EE Bu durumun analizi için tek girişli durumdan yararlanabiliriz. Eğer tek girişli durum gerilim kazançları incelenirse, den verilen C sinyal O1 den 18 o faz farklı olarak, O2 den ise faz farksız yani aynı fazlı olarak alınmakta idi(yükseltme faktörü her iki çıkış içinde aynı idi). Bu durumun terside doğrudur. Zira 2 den vereceğimiz C sinyal O2 den 18 o faz farklı, O1 den ise aynı fazlı olarak alınmaktadır. Böyle olunca her iki girişe vereceğimiz sinyallerin oluşturacağı çıkış sinyalleri O1 veya O2 de aritmetik olarak toplanacaktır. Eğer her iki girişte aynı fazlı ise buna göre çıkışlar birbirinden çıkarılacaktır. Bu durumda kazanç aynı kalacaktır. Bu durumu matematiksel olarak ifade edersek; 3

4 olacaktır. Burada d ile gösterilen değer, olacaktır. d d O d RC 2r 1 2 Üçüncü çalışma durumu ise her iki girişe de aynı sinyalin uygulandığı ortak çalışma durumudur. Bu çalışma durumu aşağıda görülmektedir. e + cc 2 - EE Şekilden görüldüğü gibi her iki girişe de aynı sinyal uygulanmıştır. Dolayısı ile iki girişli durum analizi sonucuna göre yükselteç çıkışlarından sıfır voltluk bir çıkış bekleyebiliriz. ma gerçekte bu böyle olmaz ve bu çalışma modunda aşağıdaki gerilim kazancı elde edilir(bakınız ders notları). C O RC RC r 2( 1) R r 2R e E e E dealde bu değerin sıfır olması istenmektedir, pratikte sıfır yapmak mümkün olmasada sıfıra yaklaştırmak mümkündür. Formül incelenirse değerini düşürmek bu kazancı düşürmesine rağmen, normal çalışmadaki kazancıda düşürmektedir, dolayısı ile ile bu değeri sıfıra yaklaştırmak mümkün değildir. Yine r e değeri zaten çok küçük bir değer olduğundan formülde buda etkisiz kabul edilebilir. Diğer taraftan direncini arttırmak ise DC emiter akımını azaltmaktadır ki, bu istenmeyen bir durumdur. O zaman DC emiter akımını azaltmadan direncini arttırmanın bir yolunu bulmak gerekmektedir. Buna çözüm olarak sabit akım kaynaklarını gösterebiliriz. Bilindiği gibi ideal akım kaynaklarının iç direnci sonsuzdur, pratikte ise çok büyüktür ve bu akım kaynakları istenilen bir akımı verebilmektedir. Bu yüzden direnci yerine aşağıda görüldüğü gibi sabit bir akım kaynağı bağlamak akıllıcadır. Eğer devre incelenirse ve transistörlerinden yine istenilen bir DC emiter akımı geçirilirken, daha önceki direnci yerine bağlanan Q 3 transistörünün yüksek değerlikli emiter-kollektör arası iç direnci(r o ), ortak çalışmadaki kazancı sıfıra yaklaştıracaktır. Buna göre yukarıdaki formül yaklaşık olarak şu şekilde yeniden düzenlenebilir. O RC C r 2r e o 4

5 + cc 2 Q 3 r R 1 R 2 - EE ŞLEM BSMKLRI Not: şlem basamaklarında yapacağınız voltaj ölçümlerini osilaskop ile yapınız. Ölçüm sırasında olt/div ve Time/div düğmelerini ayarlayarak, ölçülecek sinyali/sinyalleri ekrana sığabilecek en büyük konuma getiriniz. 1- şağıdaki devreyi deney seti üzerine kurunuz ve devreye 12 DC besleme uygulayınız K 1K BC238B P BC238B K Her iki girişi de şase yaparak, O1 ve O2 çıkışları arasına bir voltmetre bağlayınız. Daha sonra P potansiyometresini ayarlayarak voltmetreden sıfır volt okuyunuz. Bu noktadan sonra potansiyometre ile ayar yapmayınız(sabit bırakınız). Böylece devredeki elemanlardan dolayı oluşabilecek farklılıkları dengelemiş ve eşit hale getirmiş olduk. 3- Şimdi girişine 5 m p-p / 1 KHz değerinde bir sinüs sinyali uygulayınız. Bu durumda şase seviyesinde olmalıdır. Bu durumda O1 ve O2 çıkışlarını osilaskop ile ölçerek aşağıya kaydediniz. 5

6 4- Bu adımda yukarıda bulduğunuz sonuçları ve giriş sinyalinin genlik değerini kullanarak devrenin gerilim kazancını hesaplayıp aşağıya kaydediniz. O. 5- Şimdi 2 girişinede ayrı bir kaynaktan 3 m / 1KHz değerinde bir sinüs sinyali uygulayınız( de 3. adımdaki C sinyal kaynağı bağlı iken). Bu durumda O1 ve O2 çıkışlarını osilaskop ile ölçerek aşağıya kaydediniz. 6

7 6- Bu adımda devredeki her iki girişi kısa devre ediniz ve iki girişe birden aynı kaynağı 5 m / 1KHz değerinde sinüs uygulayarak bağlayınız. Bu durumda Çıkış dalga şekillerini aşağıya kaydediniz. 7- Bu durum için ortak mod gerilim kazancını giriş sinyalinin değerini ve yukarıdaki çıkış sinyali değerlerinden birini kullanarak hesaplayınız ve aşağıya kaydediniz. O C. 8- Bu adımda ortak mod çalışmadaki kazancı düşürmek için aşağıdaki devreyi deney seti üzerine kurunuz. 7

8 +12 1K 1K BC238B P BC238B 25 2 Q 3 r BC238B 1K R 1 15K R 2 1K Bu devre ile daha önce kurduğunuz devredeki ve transistörlerinin emiter akımlarının yaklaşık aynı olduğunu hesaplama ile teyyid ediniz adımda uyguladığınız dengeleme işlemini bu adımda tekrarlayınız ve her iki giriş arasında sıfır volt elde edinceye dek P potansiyometresini ayarlayınız. 11- Şimdi girişine 5 m p-p / 1 KHz değerinde bir sinüs sinyali uygulayınız. Bu durumda şase seviyesinde olmalıdır. Bu durumda O1 ve O2 çıkışlarını osilaskop ile ölçerek aşağıya kaydediniz. 8

9 12- Bu adımda yukarıda bulduğunuz sonuçları ve giriş sinyalinin genlik değerini kullanarak devrenin gerilim kazancını hesaplayıp aşağıya kaydediniz. O. 13- Şimdi 2 girişinede ayrı bir kaynaktan 3 m / 1KHz değerinde bir sinüs sinyali uygulayınız( de 3. adımdaki C sinyal kaynağı bağlı iken). Bu durumda O1 ve O2 çıkışlarını osilaskop ile ölçerek aşağıya kaydediniz. 14- Bu adımda devredeki her iki girişi kısa devre ediniz ve iki girişe birden aynı kaynağı 5 m/ 1KHz değerinde sinüs uygulayarak bağlayınız. Bu durumda Çıkış dalga şekillerini aşağıya kaydediniz. 9

10 15- Bu durum için ortak mod gerilim kazancını, giriş sinyalinin değerini ve yukarıdaki çıkış sinyali değerlerinden birini kullanarak hesaplayınız ve aşağıya kaydediniz. O C. Sonuçların nalizi: 1- Bu deney sonucu gördüğünüz deneysel ve teorik çalışma farklarını açıklayınız. 2- Devrenin nasıl fark yükselteci olarak çalıştığını açıklayınız. 3- Deneyde kullandığınız iki devre arasındaki farkları açıklayınız. 4- kım kaynağı kullanmak devrenin çalışması üzerinde nasıl bir etki oluşturdu? 5- Ortak mod çalışmadaki kazancı sıfıra daha yakın yapmak için sizin çözüm önerileriniz nedir? çıklayınız. 6- Fark yükseltecinin kullanılabileceği uygulama alanlarını belirtiniz. SORULR 1- Fark yükseltecinde bulunan direncinin görevini açıklayınız. 2- Devrede kullanılan ve aynı olması gereken elemanların karakteristiklerindeki farklılıklar devrenin çalışmasını nasıl etkiler? 3- Op-mp larda bulunan ofset gerilimini araştırınız ve bu devre ile ilişkisini açıklayınız. 1