YENİ BİR AKTİF ELEMAN: DİFERANSİYEL GERİLİM ALAN ELEKTRONİK OLARAK AYARLANABİLİR AKIM TAŞIYICI (EDVCC)

Transkript

1 YENİ BİR KİF ELEN: DİFERNSİYEL ERİLİ LN ELEKRONİK OLRK YRLNBİLİR K ŞYC (EDCC) Serhan YÇL Sadri ÖCN 2 Hakan KUNN Elektronik ve Bilgisayar Eğitimi Bölümü ersin Üniversitesi arsus eknik Eğitim Fakültesi, arsusersin 2, Elektronik ve Haberleşme ühendisliği Bölümü ElektrikElektronik Fakültesi İstanbul eknik Üniversitesi, 4469, aslak, İstanbul eposta: syamacli@mersin.edu.tr 2 eposta: socan@ehb.itu.edu.tr eposta: kuntman@ehb.itu.edu.tr nahtar söcükler: Diferansiyel gerilim akım taşıyıcı, elektronik olarak ayarlanabilir akım taşıyıcı, kapasite çarpma devresi BSRC n this study, electronically tunable differential voltage current conveyor (EDCC), which is an extension of differential voltage current conveyor (DCC) is introduced. BiCOS realiation of EDCC is given. floating capacitor multiplier is designed as an application example of EDCC and simulated by SPCE. SPCE simulation results demonstrate the versatility of EDCC.. İRİŞ Literatürde, iki adet kontrollü akım taşıyıcı elemanı vardır. Bunlardan birincisi Surakampontorn ve hitimajshima tarafından 988 yılında önerilen elektronik olarak ayarlanabilir akım taşıyıcı (electronically tunable current conveyorecc) elemanıdır []. Diğeri ise Fabre, Saaid, Wiest ve Boucheron tarafından 995 tarafından önerilen akım kontrollü akım taşıyıcı (current controlled conveyor CCC) elemanıdır [2]. Bu iki aktif eleman, ikici kuşak akım taşıyıcının (second generation current conveyorcc) [] kullanışlılığını artırmasına rağmen, tek giriş uçları (Y uçları) olmasından dolayı, yüen kapasite çarpma (Kçarpma) devresi gibi yüen devre uygulamalarında kullanılmaya elverişli değildirler. sahip olma önyararı (avantajı) ile ECC nin elektronik olarak ayar edilebilme önyararını birleştirmektedir [5]. 2. bölümde EDCC elemanı tanıtılmış ve tanım bağıntıları verilmiştir.. bölümde, BiCOS yapıya sahip bir EDCC tasarlanmıştır. 4. bölümde, bu EDCC ile yüen kapasite çarpma (Kçarpma) devresi tasarlanmış ve 5. bölümde SPCE programı ile benetimi yapılmıştır. Sonuçlar ve gelecek çalışmalar ise 6. bölümde verilmiştir. 2. ELEKRONİK OLRK YR EDİLEBİLİR DİFERNSİYEL ERİLİ LN K ŞYC (EDCC) Önerilen elemanın devre sembolü ve tanım bağıntıları sırasıyla Şekil ve Denklem de gösterilmiştir. y x y y2 x y x EDCC, Şekil: Elektronik olarak ayar edilebilen diferansiyel gerilim akım taşıyıcının devre sembolü Bu çalışmanın amacı, hem yüen devre uygulamalarında kullanılabilecek hem de elektronik olarak ayarlanabilir öelliğe sahip yeni bir akım taşıyıcı elemanı önermektir. Elektronik olarak ayar edilebilir diferansiyel gerilim akım taşıyıcı elemanı (EDCC) adını alan bu öerielen eleman, diferansiyel gerilim akım taşıyıcının (DCC) [4] yüen girişlere Y = Y ()

2 EDCC nin akım çarpma faktörleri olan = ve = elektronik olarak ayar edilebilmektedir. = ve = olarak alındığında EDCC, DCC ye indirgenir.. BSİ BİR BiCOS EDCC YPS Blok diyagramı Şekil2 de gösterilen bir EDCC yapısı tasarlanmıştır. EDCC nin ilk katı, tek çıkışlı bir DCC yapısıdır. İkinci kısmı, direnç olarak bağlanmış O yapısıdır. Üçüncü kat ise dönüştürücü olarak kullanılan O yapılarından oluşmaktadır. İlk katın çıkış akımı ise, = (2) = = () 2 2 = = (4) denklemleri yaılabilir. Denklemlerden de görüldüğü gibi, 2 = ve = sabitleri, elektronik olarak ayar edilebilen, ve tarafından kontrol edilebilmektedir. 2 Şekil2 de blok diyagramı verilen EDCC yapısının BiCOS teknolojisiyle tasarlanmış hali ise Şekil de gösterilmiştir. BiCOS EDCC yapısında, akım çarpma faktörlerini doğrusal olarak kontrol edebilmek amacıyla, geçiş iletenlikleri bipolar olarak tasarlanmıştır. Böylece akım çarpma faktörleri 2 = (5a) = (5b) olur. Denklem (5a) ve (5b) den de görüldüğü gibi EDCC nin akım çarpma faktörü kontrol akımları olan, 2 ve ile kontrol edilebilmektedir. Y Y2 y y2 x y DCC x, 2 first stage second stage third stage EDCC Şekil2: asarlanan EDCC nin blok diyagramı DD Y B B2 B B4 2 SS Şekil: BiCOS EDCC yapısı

3 4. EK KİF ELEN KULLNN KPSİE ÇRP DERESİ Kapasite çarpma devrelerine (KÇarpıcı) olan ilgi gittikçe artmaktadır [6]. Bu bildiride de, önerilen aktif elemanın kullanışlılığını göstermek için, bir K çarpma devresi tasarlanmıştır. asarlanan Kçarpma devresi, Şekil4 de gösterilmiştir. Şekil4 deki devrede, EDCC nin Y ve uçlarından görülen empedans, C kapasitesi ve akım çarpma faktörü cinsinden, s = = s C in in2 in() in (6) olarak yaılabilir. Dolayısıyla, elde edilen kapasite değeri, EDCC nin akım çarpma faktörü ile doğrusal olarak ve elektronik olarak kontrol edilebilmektedir. yrıca, kapasite çarpma devresinde, devreye bağlanan kapasite topraklıyken, elde edilen kapasitenin yüer olması da devrenin diğer bir önyararıdır. 5. SPCE SİÜLSYON SONUÇLR Simülasyonlarda, S icroelectronics firmasının HF2COS prosesinin OSFE ve BJ SPCE parametreleri kullanılmıştır [2]. EDCC de kullanılan OSFE lerin boyutları ablo de gösterilmiştir. Besleme gerilimleri ± olarak seçilmiştir. Kutuplama akımları ise B = B2 = 2µ ve B = B4 = µ olarak alınmıştır. Şekil5a ve 5b de sırasıyla EDCC nin gerilim geçiş ve =µ iken = 2 =5µ için akım geçiş karakteristikleri gösterilmiştir. Şekil6 da ise Kçarpma devresinden elde edilen empedansfrekans karakteristikleri =µ iken = 2 = nın değişik değerleri için gösterilmiştir. Şekil6 ya göre, önerilen devre kh ve H arasında mükemmel çalışmaktadır. Şekil7 de ise, değişik kontrol akımları için devreden ideal durumda elde edilmesi gereken ve simülasyonlardan elde edilen kapasitans değerleri aynı eksen takımında çidirilmiştir. Şekil7 den de görüldüğü gibi devre, kapasitenin kapasitansını 5 kata kadar çarpabilmektedir. Bu çarpma faktörü, EDCC de daha gelişmiş geçiş iletkenliği yapıları (mesela Nedungadi devresi) kullanılarak artırılabilir. yrıca, EDCC nin ve uçlarının bağlantılarını değiştirerek, negatif bir kapasite değeri de elde edilebileceğini belirtmekte yarar vardır. in in in2 in in y x EDCC, C Şekil4: Önerilen tek EDCC kullanan Kçarpma devresi OSFE W( µ m ) L( µ m ) OSFE W( µ m ) L( µm ) ablo: EDCC de kullanılan OSFE lerin boyutları

4 Şekil5a: EDCC nin gerilim geçiş karakteristiği Şekil5b: EDCC nin akım geçiş karakteristiği Simulaston sonucu elde edilen kapasitans 2 2==u 25 eorik olarak elde edilmesi gereken kapasitans 2==u Empedansin enligi [db] ==5u Elde Edilen Kapasitans [pf] E4 E5 E6 E7 Frekans [H] Şekil6: Değişik kontrol akımları için devreden elde edilen empedansın büyüklüğünün frekansla değişimi ==2 [u] Şekil7: Devreden elde edilen kapasite değeri ve ideal durumda elde edilmesi gereken kapasite değerinin kontrol akımıyla değişimi 6.SONUÇ E ELECEK ÇLŞLR Bu çalışmada, DCC elemanını bir türevi olan EDCC isimli yeni bir aktif devre yapı bloku önerilmiştir. Önerilen eleman, DCC ve ECC nin öelliklerini birleştirmekte ve genişletmektedir. Uygulama örneği olarak, EDCC kullanılarak bir kapasite çarpma (Kçarpma) devresi tasarlanmış ve SPCE programı yardımıyla simüle edilmiştir. Simülasyon sonuçları EDCC nin kullanışlılığını açık bir şekilde vurgulamaktadır.elecek çalışmalar arasında, EDCC kullanarak düşük aktif eleman sayılı ve yüksek başarımlı elektronik olarak ayarlanabilir filtre devreleri, osilatörler ve endüktans simülatörü devreleri tasarımları yer almaktadır. KYNKLR [] Surakampontorn W. ve hitimajshima P.., ntegrable electronically tunable current conveyors, EE PROCEEDNS, Pt., vol: 5, No:2, 988. [2] Fabre, Saaid O, Wiest F, ve Boucheron C., Currentcontrolled bandpass filter based on translinear conveyors, ELECONCS LEERS, vol:, pp , 995. [] Sedra, ve Smith K C.., second generation current conveyor and its applications, EEE RNSCONS., C7, pp. 24, 97. [4] Elwan H O. ve Soliman.., Novel COS differential voltage current conveyor and its application, EE PROCEEDNS ON CRCUS, DECES ND SYSES, vol: 44, pp.952, 997. [5] Yamaçlı S., Öcan S., ve Kuntman H. H., new active circuit building block:

5 Electronically tunable differntial voltage current conveyor (EDCC), accepted for presentation at PPLED ELECRONCS 24, Çek Cumhuriyeti, 24. [6] Khan.., ve hmad.., Obased integrable voltage/current controlled ideal C multiplier, ELECRONCS LEERS, vol. 22, pp. 6566, 986. [7] Khan.., ve. hmad., Realiation of tunable floating resistors, ELECRONCS LEERS, vol. 22, pp. 7998, 986. [8] hmad.., Khan.. ve inhaj N.., Novel electronically tunable Cmultipliers, ELECRONCS LEERS, vol., pp. 9, 995. [9] Seguin F., licalapa F., ve Fabre., Conveyorbased high frequency current controlled Cmultiplier, 8 H NERNONL CONFERENCE ON OPSON OF ELECRCL ND ELECRONC EQUPEN, OP 22, pp , Romania, 22. [] buelma atti.., ve asadduq N.., Electronically tunable capacitance multiplier and frequencydependent negativeresistance simulator using the currentcontrolled current conveyor, CROELECRONCS JOURNL, vol., pp , 999. [] Yamaçlı S., ve Öcan S., Single ctive Element Wide Band Electronically unable Capacitor ultiplier, 9 H NERNONL CONFERENCE ON OPSON OF ELECRCL ND ELECRONC EQUPEN, OP 24, pp. 576, Romania, 24 [2] Biffi J., Contribution à la modélisation, conception et caractérisation de chaînes vidéo SC en technologie BiCOS, PhD. hesis, Centre National d'etudes Spatiales (CNES), 995, France.