4.3. Enstrümantasyon kuvvetlendiricisi = R R G

Transkript

1 34 ENDÜSTYEL ELEKTNK 4.3. Enstrümantasyon kuvvetlendiricisi Enstrümantasyon ve dönütürücü uygulamalarında µvlar mertebesinde fark iaret gerilimleri ve bunlarla birlikte bulunan büyük deerli ortak iaret gerilimleri söz konusudur. Dolayısıyla, bu tür iaretleri kuvvetlendirecek kuvvetlendirici yapıları için 00 db mertebesinde ortak iareti bastırma oranı gerekli olur. Bu özellik, klasik ilemsel kuvvetlendirici yapılarıyla salanamaz. Bu tür iaretlerin kuvvetlendirilmesi için gelitirilen yapılar enstrümantasyon kuvvetlendiricileri olarak isimlendirilirler. Enstrümantasyon kuvvetlendiricileri çok yüksek bir giri empedansı ve yine çok yüksek bir ortak iareti zayıflatma oranı gösterirler. Bunun yanısıra, enstrümantasyon kuvvetlendiricileri açık çevrimde çalıtırılırlar. Giri iareti dorudan doruya kuvvetlendiricinin fark iaret girilerine uygulanır ve presizyonlu olarak tanımlanmı bir kazanç oranında kuvvetlendirilir. Bu yapıda, çıkıtan girie geribesleme yoktur.; katlar üzerine lokal geribesleme uygulanır. Devrenin çıkıı düük empedanslıdır. Kuvvetlendiricinin kazancı G kazanç ve S duyarlık dirençlerinin oranı ile belirlenir. o K V = v vi S = G (4.22) Enstrümantasyon kuvvetlendiricisi devresi ekil4.8de verilmitir. S VIN V V ref G ekil4.8. Enstrümantasyon kuvvetlendiricisi. Kuvvetlendiricinin kazancı 000 arasında deerler alabilir. Enstrümantasyon kuvvetlendiricisi düük gürültülü bir kuvvetlendirici yapısıdır; bunun yanısıra dengesizlii ve sürüklenmesi de düük olur. Piyasada tümdevre olarak bulunan enstrümantasyon kuvvetlendiricisi, ilemsel kuvvetlendiricilerden yararlanılarak da gerçekletirilebilir. Üç ilemsel

2 ANALG TÜMDEVE UYGULAMALAI 35 kuvvetlendirici ile oluturulan böyle bir kuvvetlendirici devresi ekil4.9da görülmektedir. V I A V V I ekil4.9.lemsel kuvvetlendiricilerle enstrümantasyon kuvvetlendiricisi oluturulması. Bu devrenin gerilim kazancı 3 K V = A A (4.23) baıntısı ile hesaplanabilir. 4.4.lemsel kuvvetlendiricinin çıkı akımının arttırılması Bir çok endüstriyel devre uygulamasında, devrenin çıkıından çekilecek akım, standart ilemsel kuvvetlendiricilerin çıkılarından alınabilecek maksimum akım sınırının çok üzerinde bir deer alır. Bu nedenle, ilemsel kuvvetlendiricinin amaçlanan tasarımda kullanılabilmesi için, çıkı akımının arttırılması gerekli olur. Ayrıca, güç ilemsel kuvvetlendiricisi olarak düzenlenmi kuvvetlendirici tümdevrelerinin bulunduunu belirtmekte de yarar vardır. lemsel kuvvetlendiricinin çıkı akımını arttırmak üzere dıarıdan BJT, JFET, MSFET gibi ayrık elemanlar balanır. BJTlerle salanan en basit çözüm ekil4.20de verilmitir.ekilden fark edilebilecei gibi, devreye npn tipi T tranzistoru ve pnp tipi T 2 tranzistoru eklenmitir.lemsel kuvvetlendiricinin çıkıı ile tranzistorların ortak emetör ucu arasına balanan direnci üzerinde oluacak gerilim düümü ile tranzistorların bazemetör gerilimleri salanmıtır. Geribesleme, tranzistorların ortak emetör ucundan ilemsel kuvvetlendiricinin faz döndüren giriine

3 36 ENDÜSTYEL ELEKTNK uygulanmaktadır. Çıkı geriliminin düük seviyelerinde çıkı akımı da düük deerli olduundan direnci üzerindeki gerilim düümü küçük olur;t ve T 2 tranzistorları tıkalı kalırlar. aret, direnci üzerinden çıkıa aktarılır. I S =V γ / deerine ulaıldıında, akımı yönüne balı olarak, T yahut T 2 iletime geçer. I L > I S için I L I S farkı tranzistor üzerinden salanır. Bu yapıda çıkı gerilimi pozitif yönde V maks V BE, negatif yönde ise V min V BE deeri ile sınırlıdır. 1 V CC V I 2 T1 T 2 L V V EE ekil4.20. Bipolar tranzistorlar yardımıyla çıkı akımının arttırılması. V CC 7 T 2 V 8 T1 V EE ekil4.2.lemsel kuvvetlendiricinin çıkı akımını arttırmak için dier bir yöntem. lemsel kuvvetlendiricinin çıkı akımını arttırmanın dier bir yolu, kuvvetlendiricinin besleme yolu üzerine dirençler yerletirerek çıkı akımı ile orantılı gerilim düümü elde etmek, elde edilen gerilimlerle bir npn ve bir de pnp tranzistoru kutuplayarak belli bir seviyeden sonra bunların akım akıtmalarını ve kuvvetlendiricinin çıkı akımını desteklemelerini salamaktır. Bu yönteme ilikin devre yapısıekil4.2de verilmitir. Düük akımlarda T ve T 2 tranzistorları akım akıtmaz. Çıkı akımı I S = V γ / 7 yahut I S =V γ / 8 deerine ulatıında ilgili tranzistor iletime geçer ve kolektör akımı akıtmaya balar. Tranzistorlardan ayrıca sükunet

4 ANALG TÜMDEVE UYGULAMALAI 37 akımı akıtılmaz. Düük seviyelerde çıkı akımı ilemsel kuvvetlendiricinin çıkıından salanır. Devrede geçi ditorsiyonu olumaz. ekil4.2deki devrede çıkı gerilimi ilemsel kuvvetlendiricinin iki yöndeki doyma gerilimi deerleri ile sınırlıdır. Bu nedenle, çıkı gerilimi V maks ve V min deerleri arasında dalgalanabilir. Bir kuvvetlendirici devresinde, çıkı iaretinin dalgalanma aralıının büyük olmasının istenen bir özellik olacaı açıktır. Birçok endüstriyel uygulamada ise kaynak gerilimi mertebesinde dalgalanma aralıı istenir. Kaynak mertebesinde dalgalanma aralıı elde edilebilmesi için, ekil 4.2deki devrede bazı deiiklikler yapılması zorunlu olur. Devrede yapılması gereken deiiklik ekil4.22de verilmitir. Yapılan deiiklikle, pozitif ve negatif besleme gerilimlerine bir tranzistorun doyma gerilimi kadar bir farkla yaklamak mümkündür. Bunun için tümdevrenin T 3 ve T 4 çıkı tranzistorlarının devreye dıarıdan balanan tranzistorlarla birer sözde Darlington çifti oluturmalarından yararlanılır. T 2 T 3 ve T T 4 tranzistorlarının birer sözde Darlington çifti oluturacakları, devreden kolayca fark edilebilir. Devreye yerletirilen ve 2 dirençleri ile bu çiftlerin kazançlarının den büyük olması salanmıtır. Bu durumda, ilemsel kuvvetlendiricinin çıkı gerilimi V ve devrenin çıkı gerilimi de V ile gösterilecek olursa, bu iki büyüklük arasındaki baıntı 2 1 V = 1 V biçiminde yazılabilir. Çıkıtan alınabilecek en büyük gerilim deeri V CC V CEsat olacaına ve bu durumda ilemsel kuvvetlendiricinin çıkı gerilimi de V = V maks deerini alacaına göre V V CC CEsat 2 = V V = 1 V maks 1 (4.24) olur. Buradan hareketle ve 2 dirençleri arasındaki baıntı yazılacak olursa CC CEsat 2 = V V V maks 1. 1 (4.25)

5 38 ENDÜSTYEL ELEKTNK bulunur. Ayrıca, kuvvetlendiricinin yüklenmemesi için 2 >> L olması gerekecei açıktır. VCC T 2 T 3 V 2 V T 4 1 L T 1 V EE ekil4.22. ekil4.2deki devrenin çıkı genliinin arttırılması. 4.5 Tümletirilmi zamanlama devresi, 555 zamanlama devresi Endüstriyel elektronikte bir çok uygulama için darbe üreteçlerine ve zamanlama devrelerine gereksinme duyulur. Bu gereksinimi karılayan tümdevre yapı blokları zamanlama devreleri olarak isimlendirilmektedir. Analog tümdevre ailesinden sayılmasına ramen sayısal sistemlerde de yaygın olarak kullanılan bir zamanlama devresi, 555 olarak isimlendirilen zamanlama devresidir. Darbe geniliinin T D.0 µs olması istenen yerlerde bu devre kullanılıdır. Devreyi tekkararlı veya titreimli ikilidevre olarak çalıtırmak için sadece iki ya da üç dı elemana gereksinme duyulur. 555 zamanlama devresinden iki (556) veya dört tanesini birarada bulunduran tümdevreler de ticari olarak mevcuttur.