M BAKANLIĞI MEGEP (MESLEKİEĞİ

Transkript

1 T.C. MİLLİEĞİTİM BAKANLIĞI MEGEP (MESLEKİEĞİTİM VE ÖĞRETİM SİSTEMİNİN GÜÇLENDİRİLMESİPROJESİ) BİLİŞİM TEKNOLOJİLERİ FLİP-FLOP ANKARA 27

2 Milli Eğitim Bakanlığıtarafından geliştirilen modüller; Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığının tarih ve 269 sayılı Kararıile onaylanan, Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında kademeli olarak yaygınlaştırılan 42 alan ve 92 dala ait çerçeve öğretim programlarında amaçlanan mesleki yeterlikleri kazandırmaya yönelik geliştirilmişöğretim materyalleridir (Ders Notlarıdır). Modüller, bireylere mesleki yeterlik kazandırmak ve bireysel öğrenmeye rehberlik etmek amacıyla öğrenme materyali olarak hazırlanmış, denenmek ve geliştirilmek üzere Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında uygulanmaya başlanmıştır. Modüller teknolojik gelişmelere paralel olarak, amaçlanan yeterliği kazandırmak koşulu ile eğitim öğretim sırasında geliştirilebilir ve yapılmasıönerilen değişiklikler Bakanlıkta ilgili birime bildirilir. Örgün ve yaygın eğitim kurumları, işletmeler ve kendi kendine mesleki yeterlik kazanmak isteyen bireyler modüllere internet üzerinden ulaşılabilirler. Basılmış modüller, eğitim kurumlarında öğrencilere ücretsiz olarak dağıtılır. Modüller hiçbir şekilde ticari amaçla kullanılamaz ve ücret karşılığında satılamaz.

3 İÇİNDEKİLER AÇIKLAMALAR...ii GİRİŞ... ÖĞRENME FAALİYETİ Osilatör Osilatör Çeşitleri Multivibratörler Multivibratör Çeşitleri Entegre Zamanlama Devreleri Monostable (Tek kararlı) Çalışma Astable (Kararsız) Çalışma...22 UYGULAMA FAALİYETİ...27 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...37 ÖĞRENME FAALİYETİ FLIP- FLOPLAR Flip Flop Özellikleri Flip-Flopların Tetiklenmesi ve Tetikleme Çeşitleri Flip-Flop Çeşitleri RS Flip-Flop JK Flip-Flop T(Toggle) Flip Flop D Flip Flop Preset/Clear Girişli Flip Floplar Flip-Floplar ile Devre Tasarımı Flip-Floplarla Devre TasarımıAşamaları Flip-Floplarla Tasarım Örnekleri...7 UYGULAMA FAALİYETİ...76 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...78 MODÜL DEĞERLENDİRME...8 CEVAP ANAHTARLARI...84 ÖNERİLEN KAYNAKLAR KAYNAKÇA...86 i

4 KOD ALAN DAL/MESLEK MODÜLÜN ADI MODÜLÜN TANIMI SÜRE 4/32 ÖN KOŞUL YETERLİK AÇIKLAMALAR AÇIKLAMALAR 523EO26 Bilişim Teknolojileri Bilgisayar Teknik Servisi Flip-Flop Bilgisayar kartlarıüzerinde kullanılan tümleşik devrelerin çalışma mantığını, bu tip elemanların montaj ve demontaj işlemlerini, dijital elektroniğin önemli bir parçasınıoluşturan Flip-Flop devrelerinin yapısını, özelliklerini, çalışmasını, kullanımınıve bu entegrelerle yapılacak lojik devre tasarımını anlatan öğrenme materyalidir. Flip - floplar ile çalışma yapmak MODÜLÜN AMACI EĞİTİM ÖĞRETİM ORTAMLARI VE DONANIMLARI ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME Genel Amaç Bu modül ile gerekli ortam sağlandığında, bilgisayar kartları üzerinde kullanılan tümleşik devrelerin çalışma mantığınıbilerek gerektiğinde bu tip elemanların montaj ve demontaj işlemlerini gerçekleştirebileceksiniz. Ayrıca bilgisayar ile kontrol edilen bir takım devreler yapılmasıgerektiğinde bu tip devre uygulamalarınıgerçekleştirebilecek bilgi ve beceriye sahip olabileceksiniz. Amaçlar. 555 entegresini kullanarak ihtiyaç duyduğunuz osilatör devresini kurabilecek ve de istediğiniz saat sinyalini ihtiyaç duyulan devrelerde kullanabileceksiniz. 2. Flip-Flop elemanlarıile istediğiniz tip mantık devresini oluşturabileceksiniz. Atölye ortamı, lojik entegre katalogları, elektronik devre elemanlarıkatalogları, lojik entegreler (flip-flop entegreleri), uygulamalarda gerekli elektronik devre elemanları(direnç, kondansatör, LED vb.), bredbord, güç kaynağı, bağlantıaraç gereçleri (krokodil, banana jak vb.), voltmetre, osilaskop, el takım aletleri ve lehimleme malzemeleri gereklidir. Her öğrenim faaliyeti sonrasında o faliyetle ilgili ölçme ve değerlendirme soruları ile kendi kendinizi değerlendireceksiniz. Her modül sonunda, kazandığınız bilgi ve becerileri belirlemek amacıyla, öğretmeniniz tarafından hazırlanacak ölçme aracıyla değerlendirileceksiniz. ii

5 GİRİŞ GİRİŞ Sevgili Öğrenci, Bu modül sonunda edineceğiniz bilgi ve beceriler ile dijital elektroniğin temel elemanlarıolan flip-flopları, flip floplarla devre tasarımının nasıl yapıldığınıosilatör devreleri ve çeşitleri ile multivibratör devrelerini öğreneceksiniz. Dijital elektronik, birçok uygulama sahasıile elektronik endüstrisinin vazgeçilmez unsurlarından biri olmuştur. Kolay anlaşılabilir ve öğrenilebilir olması, devre tasarımının kolay ve esnek olması, farklıtasarım ve dizaynlarla aynıişlemleri yapabilen birçok devre tasarlanabilmesi dijital elektroniği cazip kılan özelliklerdir. Flip-floplar lojik devre tasarımında lojik kapılar gibi sıkça kullanılan elemanlardandır. Flip-floplarla devre tasarımınıöğrendiğinizde, karşınıza çıkabilecek birçok probleme çare olabilecek çözümler ürettiğinizi göreceksiniz. Örneğin hırsız alarm devresi, otomatik çalışan devreler, sayıcılar gibi birçok devreyi flip-floplarla tasarlayabilirsiniz. Lojik kapılar ve flipfloplar legonun birer parçalarıgibidir. Değişik şekillerde birleştirerek çok değişik ve kullanışlıdevreler gerçekleştirebilirsiniz. Dijital elektronik her zaman, değişen dünyanın parlayan yıldızıolacak ve dijital konularınıbilenler, aranan kişiler olmaya devam edecektir.

6 2

7 ÖĞRENME FAALİYETİ ÖĞRENME FAALİYETİ AMAÇ Uygun ortam sağlandığında, 555 entegresini kullanarak ihtiyaç duyduğunuz osilatör devresini kurabilecek ve de istediğiniz saat sinyalini ihtiyaç duyulan devrelerde kullanabileceksiniz. ARAŞTIRMA Bu faaliyet öncesinde yapmanız gereken araştırmalar şunlardır. Elektronikte osilatörlere niçin ihtiyaç duyulur? Osilatörlerden elde ettiğimiz sinyali nasıl izleyebiliriz? 555 entegresinin iç yapısınıve katalog bilgilerini araştırınız. Araştırma işlemleri için İnternet ortamında araştırma yapmanız, elektronik malzeme satımıyapılan mağazalarıgezmeniz ve değişik elektronik malzeme üreten şirketlerin kataloglarınıincelemeniz gerekmektedir. Ayrıca elektronik kart tamiratıile uğraşan kişilerden ön bilgi edininiz... Osilatör. OSİLATÖRLER Osilatör ayarlandığıfrekansta ya da sabit bir frekansta sürekli çıkışveren devrelere denir. Türkçe karşılığı salıngaç olup isteyen bu şekilde de kullanmaktadır. Bir osilatör her hangi bir şekilde girişsinyali uygulanmadan periyodik AC çıkışüreten bir entegre devredir. Pek çok türü vardır. Bu türler yapılarına göre ve ürettikleri çıkışdalga şekillerine göre isimlendirilir. Burada kullanılan osilatör kelimesi, genellikle sinüs dalgasınıifade eden bir sinyal jeneratörüdür. Aslında bir osilatör, kendi girişsinyalini kendi temin eden bir yükselteç devresidir. Genel olarak osilatörler, sinüzoidal osilatörler ve sinüzoidal olmayan osilatörler olmak üzere 2 sınıfa ayrılır. Sinüzoidal osilatörler, çıkışında sinüzoidal sinyal, sinüzoidal olmayan osilatörler ise kare, dikdörtgen, üçgen ve testere dişi gibi sinyaller üretir. Kare dalga üreten osilatör devrelerine aynızamanda "multivibrator" adıverilir. Şekil.: Temel Osilatör Blok Diyagramı 3

8 Bir osilatör devresinin meydana getirdiği sinyallerin veya osilasyonların (salınım) devam edebilmesi için Yükseltme, Geri Besleme ve Frekans Tespit Edici ye ihtiyaç vardır. Bir osilatör devresinde çıkışın bir miktarışekil. de görüldüğü gibi girişe geri beslenmesi gerekir. Devre kayıplarının önüne geçebilmek için girişe geri beslenmesi gerekir. Devre kayıplarının önüne geçebilmek ve osilasyonların devamlılığıiçin kullanılmasıgereken geri besleme pozitif geri besleme olmalıdır. Bir osilatörün önceden belirlenecek bir frekansta osilasyon yapabilmesi için bir frekans tespit ediciye ihtiyaç vardır. Bu frekans tespit edici devre, filtre devresi olup istenen sinyalleri geçip, istenmeyenleri bastırır. Osilatör çıkışındaki sinyalin, genlik ve frekansının sabit tutulabilmesi için, osilatör devresindeki yükseltecin, çıkışyükü ve pozitif geri besleme için yeterli kazancısağlamasıgerekir. Genellikle güç kazancının büyük olması, girişve çıkışempedansının birbirine kolayca uydurulabileceği tertip olarak emiteri ortak bağlantıolarak kullanılır. Geri besleme, bir sistemde yüksek seviye noktasından alçak seviye noktasına enerji transferidir. Geri besleme girişi artırıcıyönde ise pozitif, azaltıcıyönde ise negatif geri beslemedir. Bir osilatörün ihtiyacı, pozitif geri beslemedir. Bir osilatördeki geri besleme, frekans tespit edici devredeki zayıflamayıdengeler.... Osilatör Çeşitleri Osilatörler; -RC osilatörler, 2-LC osilatörler, 3-Kristal osilatörler olmak üzere üç ana başlık altında incelenebilir.... RC Osilatör Çıkışında sinüzoidal sinyal üreten osilatörler, alçak frekanslardan (birkaç hertz), yüksek frekanslara (9 Hz) kadar sinyal üretir. Alçak frekans osilatör tiplerinde frekans tespit edici devre için direnç ve kondansatörler kullanılıyor ise bu tip osilatörlere "RC OSİLATÖRLER" adıverilir. RC osilatörler, 2 Hz - 2KHz arasındaki ses frekans sahasında genişuygulama alanına sahiptir. Şekil.2 deki blok diyagramda RC osilatörün blok diyagramıgösterilmiştir. Blok diyagramda RC devresi hem pozitif geri beslemeyi, hem de frekans tespit edici devreyi sağlar. Blok diyagramdaki yükselteç devresi, emiteri ortak yükselteç devresi olduğu için A noktasındaki kolektör sinyali ile beyz (base) üzerindeki sinyal 8 faz farklıdır. Sinyal, C üzerinden R üzerine (B noktası) uygulandığında bir faz kaydırma meydana gelir. (Yaklaşık 6 ) Faz kayma meydana geldiği için genlikte de bir miktar azalma olur. B noktasındaki sinyal C2 üzerinden R2 ye uygulanır. Böylece, yaklaşık 2 lik bir faz kayma meydana gelir ve genlikte de azalma olur. C noktasındaki sinyal C3 üzerinden R3 e uygulanırken (D noktası) 8 faz kaydırmaya maruz kalır. 3 adet RC devresinin her biri 6 faz kaydırıp toplam 8 lik faz kaydırmaya neden olmuştur. D noktasındaki sinyal, transistörün beyzine uygulanan pozitif geri besleme sinyalidir. 4

9 Şekil.2: RC osilatörün blok diyagramı Şekil.3 te ortak emiterli bir yükselteç devresi görülmektedir. Bu yükselteç devresini geliştirerek bir osilatör devresine dönüştürebiliriz. Ortak emiterli yükselteç devresinde; yükselteç girişine uygulanan işaret ile çıkışından alınan işaret arasında 8 faz farkı olduğunu biliyoruz. Şekil.3: Ortak emiterli yükselteç devresi Ortak emiterli yükselteç devresini bir osilatör haline dönüştürmek için yükselteç çıkışından alınacak işaretin bir kısmı, pozitif geri besleme ile yükselteç girişine uygulanmalıdır. Bu osilasyonun sürekliliği için gereklidir. Osilasyonun başlamasırc devreleri ile gerçekleştirilir. Osilasyon işlemi için bir kondansatörün şarj ve deşarj süresinden faydalanılır. 5

10 Yükselteç çıkışgerilimini; girişe geri besleyerek osilasyon elde edebilmek için, çıkış işaretini 8 faz kaydırmak gerekmektedir. RC faz kaydırmalıosilatör devresinin temel prensibi bu koşula dayanmaktadır. Şekil.4 te RC faz kaydırmalıosilatör devresi verilmiştir. Devre dikkatlice incelendiğinde çıkışişaretinin bir kısmırc geri besleme elemanlarıile girişe geri beslenmiştir. Her bir RC hücresi; çıkışişaretinin bir kısmını6 faz kaydırmaktadır. Çıkışile giriş arasında 3 adet faz kaydırma devresi kullanılmıştır. Dolayısıyla çıkışişaretinin fazı8 kaydırılarak girişe pozitif geri besleme yapılmıştır. +VCC=2V C R 3 KΩ R C 5.6KΩ C C C 2 nf nf C 3 nf T BC8 µf Vç R KΩ R 2 KΩ R 4 KΩ R E 5.6KΩ + C E 47µF Faz Kaydırıcı Ortak Emiterli Yükselteç Şekil.4: RC faz kaydırmalıosilatör devresi Her bir RC devresinin 6 faz kaydırmasıistenirse R=R2=Rg ve C=C2=C3 olarak seçilmelidir. Rg, ortak emiterli yükseltecin girişempedansıdır. Girişempedansının R ve R2 ye eşit olmasıgerekmektedir. Bu koşullar sağlandığı zaman, çıkışişaretinin frekansıaşağıdaki formül yardımıile bulunur. f = 2 C 6 R R R C Osilasyonların genliği, geri besleme oranına ve yükseltecin kazancına bağlıdır. Geri besleme oranıseri RC devrelerinin toplam empedansına bağlıdır. Bu empedans arttıkça geri besleme oranıdüşecek ve çıkışişaretinin (osilasyonun) genliği azalacaktır. 6

11 ...2. LC Osilatör RC osilatörlerle elde edilemeyen yüksek frekanslıosilasyonlar LC osilatörlerle elde edilir. Bilindiği gibi RC osilatörler MHz e kadar olan sinyalleri üretebiliyordu. LC osilatörlerle MHz seviyesinde yüksek frekanslısinüzoidal sinyaller elde edilir. Paralel bobin ve kondansatörden oluşan devreye TANK DEVRESİadıverilir. Şimdi tank devresinden osilasyonun nasıl oluştuğunu açıklayalım. Bir kondansatörü, DC bir bataryaya, kutuplarışekil.5 a da görüldüğü gibi bağlayalım. Kondansatör şarj olacaktır. Bataryayıkaldırıp şarjlıkondansatörü şekil.5 b de görüldüğü gibi bağlarsak devrede kondansatör kaynak görevini alır. Kondansatör, bobin üzerinden deşarj oldukça, bobinden akan akım, bobin etrafında bir manyetik alan oluşmasına neden olur. Bu olay, şekilde görüldüğü gibi bobinin şişme olayıdır. Çünkü kondansatör üzerindeki potansiyeli, bobine manyetik alan oluşturarak aktarmıştır. Şu anda kondansatör tam olarak deşarj olmuştur. (a) (b) Şekil.5: LC osilatörün çalışması Kondansatör tam olarak deşarj olduktan sonra bobin şekil.5 b deki gibi üzerindeki manyetik alan azalmaya başlar. Kondansatöre bu sefer L bobini kaynak görevi gösterir ve manyetik alan tamamen bitinceye kadar akım devamlıakacak, kondansatör ters yönde şarj olacaktır. Devrede, elemanlarıbirbirine irtibatlamada kullanılan iletken tellerin az da olsa bir direnci olduğundan, şu andaki kondansatörün üzerindeki şarj miktarı, bir öncekine göre daha az miktardadır. Şimdi kondansatör, tekrar bobin şekil.6 a daki gibi üzerinden deşarj olacaktır. Deşarj akımının yönü bir önceki akım yönüne göre terstir. Bu deşarj akımıbobinin etrafında tekrar bir manyetik alanın oluşmasına yani bobinin şişmesine neden olacaktır. (a) (b) Şekil.6: LC osilatörün çalışması 7

12 Bu kez şişen bobin üzerindeki manyetik alan azalmaya başlayacak ve kondansatörün şarj olmasına neden olacaktır. Kondansatör şarj olduğu zaman, plakalarının kutupları, DC bataryaya şarj edildiği andaki kutuplarının aynısıdır. Kondansatörün, bobin üzerinden şarj ve deşarj olayıl ve C nin değeriyle orantılı olarak.7 (a) da görüldüğü gibi devam eder. Tank devresi üzerinden bir sinüzoidal sinyal alınır. Fakat, böyle sönümsüz bir sinüzoidal dalga, devrede direncin bulunmadığı, iletken tellerin direncinin sıfır olduğu ideal bir ortamda elde edilir. Şekil.7: LC osilatörde sönümün tesiri Gerçek uygulamalarda her rezonans devresi bir miktar direnç içerir. Bobinin sarıldığı emaye telin ve devrede elemanlarıirtibatlamakta kullanılan iletken tellerin dahi bir direnci vardır. Varolan böyle dâhili dirençler, tank devresinden elde edilen sünisoidal sinyalin sönmesine, giderek sıfıra gitmesine neden olur. Bu olaya SÖNÜM (Damping) adıverilir. Osiatörlerde, bu sönümün önüne pozitif geri besleme ile geçilir. Bir tank devresi, osilasyonlarımeydana getirmek için kullanıldığızaman, osilatörün ürettiği sinüzoidal sinyalin frekansı, tank devresinin rezonans frekansıolup f = / (2π L.C) formülü ile bulunabilir. 8

13 Aşağıdaki kolpits tipi bir LC osilatörün şemasıayrıntılıolarak verilmiştir. Bu osilatörler bir çok uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu osilatörlerin rezonans devresi (tank devresi) L ve C elemanlarından oluşmaktadır. +VCC=2V R KΩ L 3mH C 2 C 3 4.7nF 2.2nF T BC8 V V 2 C 2.2µF R 2 2.2KΩ R 3 2.2KΩ Şekil.8: Kolpits tipi LC osilatör devresi Devrenin çalışmasınıkısaca anlatalım; Osilatör devresinde Q transistörü ortak beyzli bir yükselteç olarak çalışır. L, C2 ve C3 rezonans devresi yük empedansıdır. Osilatör devresinin empedansıve amplifikasyonu rezonans frekansında yüksektir. Yükselteç çıkışişaretinin bir kısmı, emitere geri beslendiğinde, devre osilasyon yapmaya başlar. Geri beslemenin miktarı(oranı), C2 ve C3 kondansatörlerinin arasındaki oranla belirlenir. Geri besleme küçükse, emiter gerilimi gibi kolektör akımıda sinüzodial formda olacaktır. Ayrıca LC osilatörler ; Colpits osilatör, Hartley osilatör, Kollektör akortlu osilatör Tikler osilatör olmak üzere değişik çeşitleri de vardır Kristal Osilatör Osilatörlerde frekans kararlılığıçok önemlidir. Bir osilatörün sabit frekansta kalabilme özelliğine "Frekans Kararlılığı" denir. RC ve LC osilatörle de frekans kararlılığıiyi değildir. Bir osilatör, bir alıcıya da verici sabit bir frekansta çalışacaksa yani çalıştığıfrekansta az da olsa bir değişiklik olmayacaksa verici devrelerinde, tahsis edilen frekansta yayın yapabilmesi için frekans kararlılığıen iyi olan kristal kontrollü osilatörler kullanılmasıen iyi yöntemdir. RC veya LC osilatörlerde, L, C ve R değerlerindeki değişkenlikler, transistörlü yükseltecin statik çalışma noktasındaki değişiklikler, sıcaklık ve nem gibi çevresel değişimlere bağlı olarak frekans kararlılığıdeğişir. 9

14 Kristal osilatörün ana parçasıolan piezoelektrik kristal çoğunlukla kuvars madeninden yapılır. Bunun yanında Rochelle tuzu ve turmalin de doğal kristal elemanlardır. Kuvars, çeşitli büyüklüklerde kesilerek, yontularak çeşitli frekanslar için üretilir. Genellikle kristal mikrofonlarda Rochelle tuzu kullanılırken osilatörlerde frekans kararlılığınedeniyle kuvars kullanılır. Osilatör için üretilmişbir kuvars yuvarlak vitamin haplarına ya da küçük dikdörtgen prizmaya benzer. Bir kuvars kristaline basınç uygularsak iki kenarıarasında bir gerilim oluşturur. Kuvars benzeri maddelerle yapılmışçakmaklar buna bir örnektir. Tersi biçimde bir kuvars kristaline DC gerilim uygularsak bu kez de burkulur. DC gerilimin yönü değşirilirse bu defa diğer yönde burkulur. AC bir gerilim uygularsak, uygulanan AC gerilimin frekansında her iki yöne burkulur yani titreşir. Uygulanan AC gerilimin frekansı, kristalin bir kesim özelliği olan rezonans frekansında ise o zaman en büyük titreşim elde edilir. Kristallerde etki iki türlüdür. Mekanik titreşimlerin elektrikli salınımlar; elektriki salınımların mekanik titreşimler üretmesine "Piezoelektrik Etki" adıverilir. Bir kristale, rezonans frekansından veya buna yakın bir frekansta AC bir sinyal uygulandığında, kristal mekanik salınımlar yapmaya başlar. Mekanik titreşimlerin büyüklüğü, uygulanan gerilimin büyüklüğü ile doğru orantılıdır. Şekil.9: Kristal sembolü ve eşdeğer devresi Kristalin sembolü ve eşdeğer devresi şekil.9 da gösterilmiştir. Eşdeğer devredeki her bir eleman, kristalin mekanik bir özelliğinin karşılığıdır. Cm, kristalin mekanik montajından kaynaklanan kristalin elektrotlarıarasında varolan kapasitansıgösterir. Eşdeğer devredeki C, kristalin mekanik yumuşaklığına (esneklik, elastisite) eşdeğerdir. Eşdeğer devredeki L, titreşim yapan kristalin kütlesini, R ise kristal yapısının iç sürtünmesinin elektriksel eşdeğerini gösterir. R ile gösterilen kristal kayıplarıçok küçük olduğundan, kristallerin Q kalite faktörü 2. gibi çok büyük bir değerdedir. LC tank devrelerinde elde edilemeyen yüksek kalite faktörü kristal kontrollü osilatörlerde elde edilir. Bu da kristalli osilatörlerin yüksek kararlılığınıve kesinliğini gösterir.

15 Bir kristalin, bir seri ve bir de paralel eşdeğer devresi olduğu için iki rezonans frekansıvardır (Seri, paralel). Seri rezonans devresi R, L ve C 'den, paralel rezonans ise L ve Cm 'den oluşur. Şekil.: Kristal empedansının frekans ile değişmesi Kristalin eşdeğer devresi seri ve paralel olmak üzere iki rezonans devresinden oluştuğuna göre şekil. da görüldüğü gibi iki rezonans frekansıvardır. Seri rezonans devresinde empedans R 'ye eşit olduğundan küçüktür, f değerindeki frekansta empedans çok küçüktür. L ve Cm, paralel rezonans devresini oluşturduğundan, f2 rezonans frekansı değerinde empedans yüksektir. Bir kristal, devre uygulamasına bağlıolarak gerek seri gerekse de paralel rezonans frekansında çalışabilir. Şekil.9 un sol tarafıbir seri rezonans devresidir. Bu seri kısım kristalin hiçbir bağlantıucu olmayan halini temsil eder. Sağtaraftaki Cm ise kristalin bağlantıelektrotlarıve elektronik devreye bağlayan bağlantıtelleri arasındaki kapasiteyi temsil eder. Piezoelektrik kristallerin Q değerleri çok yüksek olur, tipik bir değer olarak 5 diyebiliriz. L ve C kristalin rezonans frekansıdır ve kesim şekli ve büyüklüğü ile belirlenir. R direnci ise kristalin mekanik salınımına yaptığıdirenmedir. R direnci ihmal edilirse seri kısmın rezonans frekansı; Sağ tarafta seri rezonans devresine paralel bir Cm kondansatörü vardır. Bu kondansatörün değeri seri rezonans kısmındaki kondansatörden çok büyüktür. Bir örnek verecek olursak, tipik bir kristalde C=,25pf Cm=3,5pf gibi. Bu durumda kristalin paralel devre olarak rezonans frekansı;

16 Paralel rezonansta oluşan frekans, seri rezonansta oluşan frekanstan biraz daha yüksektir. Tipik olarak seri rezonans frekansıparalel rezonans frekansının,9 kat daha düşüğüdür. Kristali paralel rezonansta çalıştırmanın bir avantajıvardır. Cj kondansatörü kristalin bağlantılarıile ilgili olduğu için kristale dışarıdan ayarlıbir kondansatör takarak (trimer kondansatör) frekansıçok az aşağıya da yukarıçekmek mümkündür. Bu değişim çok fazla olmamak koşulu ile ince ayar için çokça kullanılır. Kristal bir kütleye sahiptir. Bu nedenle ısındığıya da soğuduğu zaman hacmi dolaysıyla frekansıdeğişir. Bu değişim az olmasına rağmen hassas devrelerde istenmez. Isıya bağlıfrekans kaymasınıönlemek için kristaller sabit ısıda çalıştırılır. Sabit ısı, içinde kristal ve termostatlıısıtıcıbulunan küçük fırınlarla sağlanır. Aşağıda çeşitli kristal osilatör devreleri görülmektedir. Şekil.: Kristalli osilatör kullanırak yapılmışosilatör devreleri Kristalli miller osilatör devresinde kristal paralel rezonans devresi olarak çalıştırılır. Bu durumda kristal çok yüksek empedans gösterecektir. FET transistörün akaç tarafındaki L C kristal frekansına yakın bir değere ayarlanır. Transistörlü kristal osilatör devresinde ise kristal seri rezonans devresi olarak çalışır. Dikkat edilirse kristal devrede geri besleme elemanıolarak kullanılmaktadır. Kristal rezonans frekansında minimum empedans gösterecek ve maksimum geri besleme yapacaktır. Devrenin diğer malzemelerden olabilecek kararsız durumlarıosilatörün çalışma frekansını etkilemeyecektir. C kondansatörü büyük değerli örneğin nf gibi seçilir. RFC ise büyük değerli çok turlu bir bobin olup osilatörün frekansına yüksek empedans göstererek besleme kaynağından kısa devre olmasınıengeller. 2

17 .2. Multivibratörler Sayısal devrelerde tetikleme sinyali olarak kullanılan kare, dikdörtgen sinyali üreten devrelere multivibratör (osilatör) adıverilir. Flip flop devrelerimizde gerekli olan kare dalga sinyalini yani tetikleme sinyalini bu devreler sağlar. Ayrıca flip-flopların temelini oluşturmaktadır. Bir devreye bağlıbir LED in, durmadan peşi sıra yanmasıve sönmesi flipflop olarak adlandırılır. LED in yanma hali flip, sönme hali flop olarak isimlendirilir. Aslında incelediğimizde göreceğiniz gibi bir flip-flop bir kare dalga üreteci çeşididir. Multivibratörler 3 e ayrılır. Tek kararlı(monostable) multivibratörler, Serbest çalışan (Astable) multivibratörler, Çift kararlı(bistable) multivibratörler..2.. Multivibratör Çeşitleri.2... Monostable (Tek Kararlı) Multivibratörler Monostable multivibratörler girişlerine uygulanan işarete bağlıolarak sadece tek bir darbe şeklinde çıkışişareti verir. Bu devreler one-shot olarak adlandırılır. Çıkışişaretinin süresi, dışarıdan bağlanacak olan zamanlama (direnç ve kondansatör) elemanlarının değerlerine bağlıdır. Şekil.2 de bir monostable multivibratörün giriş(tetikleme) ve çıkış işaret gerilimleri gösterilmiştir. Tetikleme sinyalinin süresi çıkışdarbesinden bağımsız olarak büyük veya küçük olabilir. Çıkışdarbesinin süresi, girişdarbesinden genişolabilir. S Tek Kararlı Multivibratör Q Şekil.2: Monostable multivibratör blok diyagramıve girişve çıkışgrafigi Aşağıda şekil.3 te transistörlü monostable multivibratör devresini göstermektedir. Başlangıçta R direnci üzerinden beyz polarmasıalan T transistörü iletimde,t2 transistörü kesimdedir. Bu sırada C kondansatörü şekildeki gibi şarj olacaktır. Tetikleme girişinden pozitif bir tetikleme sinyali verildiği anda T2 transistörü iletime geçecek, C kondansatörü R ve T2 transistörü üzerinden deşarj olacak ve beyz polarmasıalamayan T transistörü kesime gidecektir. Bu durum kondansatör deşarj olana kadar devam edecektir. Kondansatör deşarj olduğunda T transistörü tekrar iletime geçecek ve T2 transistörü kesime gidecektir. Bir sonraki tetikleme sinyaline kadar bu durum korunacaktır. 3

18 Q Q Şekil.3: Transistörlü monostable multivibratör Çeşitli lojik kapılardan elde edilmişmonostable multivibratörler de vardır. Şekil.4- a VEYA-DEĞİL (NOR) ve DEĞİL(NOT) kapısından oluşmuşbir monostable multivibratör devresini ve.4-b ise lojik sembolünü göstermektedir. Q Q Q Q Q Q (a) (b) Şekil.4 Basit bir monostable multivibratör (a) Lojik diyagramı(one-shot); (b) Blok diyagramı Şekil.4 teki devrenin tetikleme girişine uygulanan tetikleme sinyalinin yüksek lojik seviyesi (lojik-) G kapısının çıkışınıalçak seviyeye (lojik-), G2 kapısının çıkışınıyüksek seviyeye (lojik-) çekecektir. Bu durumda C kondansatörü R direnci üzerinden şarj olmaya başlayacak ve G2 girişindeki gerilim artacaktır. C kondansatörü şarj olunca G2 girişindeki gerilim yüksek seviyeye (lojik-) çekilecek ve G2 kapıçıkışı alçak seviyeye (lojik-) çekilecektir. G kapısının her iki girişi de alçak seviyeye (lojik-) çekildiğinden çıkışyüksek (lojik-) olacaktır. Çıkışta oluşan darbenin süresi RC elemanıtarafından belirlenmektedir. 4

19 Serbest Çalışan (Astable) Multivibratörler Bir diğer tür multivibrator devresi astable (serbest çalışan) multivibrator adınıalır. Çalışma gerilimi uygulandığıandan itibaren zamanlama elemanlarının belirlediği sürelerde durum değiştiren devrelerdir. Astable multivibratör zamanlama devrelerinde tetikleme sinyali amaçlıbir kare dalga osilatör olarak kullanılır. Kararsız Multivibratör Q Q Şekil.5: Kararsız multivibratörün blok şemasıve transistörlü astable multivibratör Şekil.5 te transistörlü astable multivibratör devresini göstermektedir. Devrede birbirine simetrik bağlıiki npn transistör vardır. Devredeki elemanlar T=T2, C=C2, Rc=Rc2 ve R=R2 seçilse bile, güç uygulandığızaman transistörlerden biri iletimde diğeri kesimde olacaktır. (a) (b) Şekil.6: Kararsız multivibratörün çalışması Devrenin çalışmasınıaçıklamak için güç verildiği anda T transistörünün kesim ve T2 transistörünün iletimde olmasını(şekil.6 a) kabul edelim. Bu anda C kondansatörü deşarj ve C2 kondansatörü sarj olmuşdurumdadır. Bundan sonra C kondansatörü RC direnci üzerinden şarja, C2 kondansatörü R2 direnci üzerinden deşarja başlayacaktır. Bir süre sonra C2 kondansatörü T transistörünü iletime sokacak şekilde deşarj, C kondansatörü T2 5

20 transistörünü kesime götürecek şekilde şarj olacaktır. Şekil.6 b bu durumda kondansatörlerin polaritelerini göstermektedir. (a) (b) Şekil. 7: Kararsız multivibratörün çalışması Şekil.7 a da görüldüğü gibi T transistörü doyuma, T2 transistörü kesime gidecektir. Bu andan sonra C kondansatörü R direnci üzerinden deşarja ve C2 kondansatörü RC2 direnci üzerinden şarja başlayacaktır. Bir süre sonra C kondansatörü T2 transistörünü doyuma götürecek şekilde deşarj, C2 kondansatörü T transistörünü iletime sokacak şekilde şarj olacaktır. Şekil.7. b bu durumda kondansatörlerin polaritelerini göstermektedir. Transistörlerin iletimde olma süreleri kondansatörlerin deşarj sürelerine bağlıdır. Yani T transistörü R2-C2, T2 transistörü R-C zamanlama elemanlarının belirlediği sürelerde kesimde ve doyumda olacaktır. Astable multivibratorün osilasyon peryodu; T=,7.(R.C+R2.C2) süresi ile belirlenir Çift Kararlı(Bistable) Multivibratörler Dışarıdan bir tetikleme sinyali gelmediği müddetçe durumlarınıkoruyan devrelere çift kararlı(bistable) multivibratör adıverilir. Dışarıdan uygulanan her tetikleme sinyalinde devre konum değiştirecektir. S S2 Çift Kararlı Multivibratör Q Şekil.8: Çift kararlımultivibratör blok şeması 6

21 Şekil.9: Transistörlü bistable multivibratör Şekil.9 transistörlü bistable multivibratör devresini göstermektedir. Devrede birbirine simetrik bağlıiki npn transistör vardır. Devredeki elemanlar T=T2, Rc=Rc2, R=R2 ve R3=R4 seçilse bile, güç uygulandığızaman transistörlerden biri iletimde diğeri kesimde olacaktır. Devrenin çalışmasınıaçıklamak için güç verildiği anda T transistörünün doyumda, T2 transistörünün kesimde olduğunu kabul edelim. Bu durumda Q= ve Q durumu (Şekil.2 a) çıkışlarda görülecektir. Devreye bir tetikleme sinyali gelmediği müddetçe transistörler bu durumlarınıkoruyacaktır. Q = Q = (a) (b) Şekil.2: Transistörlü bistable multivibratör çalışması Devrenin konumunu değiştirmek için S anahtarına basıp T transistörünün beyzine negatif bir tetikleme sinyali verilirse (Şekil.2 b), bu durumda T transistörü kesime,t2 7

22 transistörü doyuma geçecektir. Bu durumda çıkışlar Q= ve Q tetikleme sinyaline kadar çıkışlar bu durumlarınıkoruyacaktır. olacaktır. Bir sonraki Devrenin konumunu değiştirmek için S2 anahtarına basılırsa (Şekil.2 a), T2 transistörünün beyzine negatif tetikleme sinyali uygulanır. Bu durumda T2 transistörü kesime,t transistörü doyuma gideceğinden (Şekil.2 b) çıkışlar konum değiştirecek, Q= ve Q olacaktır. Q = Q= (a) (b) Şekil.2: Transistörlü bistable multivibratör çalışması Devrenin durumunu değiştirecek olan tetikleme girişi o an doyumda olan transistörün beyzine bağlıolan giriştir. Devrenin anahtarlama zamanlarınıazaltmak, devrenin çalışma frekansının artırılmasıiçin R ve R2 dirençlerine pf lık kondansatörler bağlanmalıdır. Çift kararlımultivibratör devreleri Flip-Flop olarak adlandırılır ve sayıcıdevreleri, kaydedici devreleri, bellek devreleri gibi uygulama alanlarında sıklıkla kullanılır..3. Entegre Zamanlama Devreleri Osilatör (multivibrator) devrelerinin yapımında hazır entegre zamanlama devrelerinden faydalanılır. En çok kullanılan zamanlama entegresi NE555 devresidir. Maliyeti ucuz olup çok farklıuygulama alanıvardır. Şekil.22 de 555 entegresi gösterilmektedir. 8

23 Q Şekil.22: 555 entegresinin iç yapısı Besleme gerilimi +5V ile +8V arasında herhangi bir gerilim olabilir. İç devrenin sürülebilmesi için besleme geriliminin her voltuna karşılık,7ma akım gerekir. Yani besleme gerilimi V ise kaynaktan 7mA akım çekilir. Maximum güç kaybı6mw tır. 555 in çıkışucu 3 nu.lıuç olup çıkışın veya olduğu her iki durum için Ω luk dirençler üzerinden toprağa veya kaynağa bağlanır. Kaynaktan çekilebilecek maximum akım 2mA olup seviyesi için bu akım en çok ma olabilir. 2 Eşik geriliminin uygulanacağı6 nu.lıuç gerilimi, kaynak geriliminin Vcc ye 3 eşit veya büyük iken. karşılaştırıcıçıkışıdeğişir. Flip-Flop Reset girişi olacağından çıkış olacak ve deşarj transistörü iletime geçecektir. Tetikleme girişi 2 numaralıuç olup bu uçtaki gerilim 3 Vcc ye eşit veya küçük olduğunda Flip-Flop çıkışıtetiklenir, buna bağlıolarak çıkış(3 nu.lıuç) olur ve deşarj transistorü kesime gidecektir. Sıfırlama (Reset) girişi 4 numaralıuçtur. Bu uç kullanılmadığızaman +Vcc ye bağlanmalıdır. Topraklandığızaman veya,4v un altındaki bir gerilimde 7 numaralıdeşarj ucu yaklaşık olarak sıfır potansiyelinde olur. Çıkış seviyesinde ise bu reset ucu topraklanırsa çıkış seviyesine çekilir. 9

24 Çıkış seviyesinde olduğu sürece dışarıdan bağlanmış zamanlama kondansatörünün deşarjı7 numaralıuç üzerinden olur. Çıkış seviyesinde iken kondansatör dışarıdan bağlanmışdirenç üzerinden şarj olur. Ω (a) (b) Şekil.23: Kondansatörün şarj ve deşarjı 5 nu.lıkontrol girişi ile toprak arasına,µf kondansatör bağlanır. Böylece çeşitli gürültü ve besleme kaynağındaki titreşimlerin etkisi azaltılır. Bu uç aynı zamanda tetikleme ve eşik gerilim seviyelerini değiştirmek için kullanılır..3.. Monostable (Tek kararlı) Çalışma Bazıuygulamalarda belirli süreli tek bir kare dalga gereklidir. 555 zamanlama entegresini monostable multivibrator olarak çalıştırarak kontrollü tek dalga veya senkronize peryodik işaretler elde etmek mümkündür. Bu çalışmaya ait bağlantışekil.24 te gösterilmiştir Şekil.24: 555 zamanlama entegresi ile monostable multivibratör devresi 2

25 Tetikleme girişine uygulanan tetikleme işaretinin düşen kenarında deşarj olan C kondansatörü şarj olmaya başlayacaktır. Bu durumda çıkışyüksek gerilim seviyesine çekilecektir. Kondansatör üzerindeki gerilim R A xc zaman sabiti süresince dolacaktır. Kondansatör üzerindeki gerilim 3 2 Vcc ye ulaşınca numaralıkarşılaştırıcıkonum değiştirecek ve çıkış alçak gerilim seviyesine çekilecektir. Dalga şekilleri aşağıda gösterilmiştir. 2 3 Şekil.25: Monostable multivibratör dalga şekilleri Çıkışgeriliminin yüksek gerilim seviyesinde kalma süresi, T=,x RAxC dir. Çıkışdarbesinin frekansıise, f T, R A C olacaktır. RA ve C değerleri uygun olarak seçilerek istenilen zaman süresi elde edilebilir. KΩ<RA<3,3MΩ C>5pF aralığında seçilmesi gereklidir. 2

26 Örnek Aşağıda verilen monostable multivibrator devresinde RA=9,KΩ ve C=,µ F seçilirse çıkışdarbesinin periyodunu bulunuz. 9, KΩ,μF Çözüm: Monostable multivibrator çıkışdarbe süresi, T=,x RAxC Değerleri formülde yerine yazarsak, T=,x9,x 3 x,x -6 = ms olacaktır. Çıkışdarbesinin frekansı, f KHz 3 T olacaktır Astable (Kararsız) Çalışma Bir 555 zamanlayıcıentegresi ile astable (kararsız) multivibrator elde etmek için gerekli bağlantışekil.26 da gösterilmiştir. Şekil.26: 555 zamanlama entegresi ile astable multivibrator devresi 22

27 Devrede tetikleme girişi ile eşik gerilim girişi birbirine kısa devre edilmiştir. C kondansatörü RA ve RB dirençleri üzerinden şarj, RB direnci ve 7 numaralıuç üzerinden toprağa deşarj olur. Kondansatör RA ve RB direnci üzerinden şarj olurken çıkışyüksek 2 gerilim seviyesindedir. Kondansatör şarj gerilimi Vcc ye ulaşınca numaralı 3 karşılaştırıcıçıkışıkonum değiştirerek çıkışın düşük gerilim seviyesine çekilmesini sağlar. Kondansatör R B direnci üzerinden deşarj olmaya başlar. Kondansatör deşarj gerilimi Vcc 3 olunca 2 numaralıkarşılaştırıcıkonum değiştirecek ve çıkışyüksek gerilim seviyesine çekilecektir. Çıkışgeriliminin yüksek gerilim seviyesinde kalma süresi kondansatör geriliminin 3 Vcc den 3 2 Vcc ye kadar şarj olma süresidir. Bu süre, th=,7 (R A +R B ) C olacaktır. Çıkışın düşük gerilim seviyesinde kalma süresi ise kondansatörün 2 Vcc den Vcc ye kadar deşarj olma süresidir. Yani, tl=,7 RB C olacaktır. 3 3 Çıkışsinyalinin toplam peryodu, T= th + tl =,7 (R A +2R B ) C olacaktır. Frekans ise, f T,7( RA 2 RB) C şeklinde yazılabilir. Kullanılan zamanlama elemanlarının seçimi, RA+RB<3,3MΩ RB>KΩ RA>KΩ C 5Pf aralığında olmalıdır. Şekil zamanlama entegresi ile elde edilmişbir astable multivibrator devresine ait dalga şekilleri gösterilmiştir. 23

28 τ= (RA + RB) C τ= RB C 2 Vcc 3 Vcc 3 Şekil.27: 555 astable multivibratör devresi dalga şekilleri Böyle bir titreşimin sıfır seviyesinde kalma süresinin, titreşimin periyoduna oranı dalga boşluk oranı(dalga boşluk yüzdesi) diye adlandırılır. tl RB D T RA 2 RB Eşitlikten görüleceği gibi bu oran D % 5 yapılamaz. Yani tl =th eşitliği 2 sağlanamaz. Bu eşitliğin sağlanabilmesi için RA direncinin olmasıgerekmektedir. Bu durumda deşarj transistörü kaynağa bağlanmışolacağından deşarj anında devreden yüksek akım akacaktır. Bu durum transistörün tahrip olmasına yol açar. Transistör üzerinden akacak olan akım maxsimum,2a dir. Bu durumda R A direncinin minimum değeri R B (min)=5vcc olmalıdır. Görev çevirimi (Duty cycle) değerinin %5 den büyük yapmak için RB direncine paralel ve anodu 7 nu lıuca gelecek şekilde bir diyot bağlanmalıdır. Dolayısıile kondansatör yalnız R A üzerinden şarj ve R B üzerinden deşarj olacaktır. Bu devreye ait büyüklükler, th=,7 RA C tl=,7 RB C T=,7 ((RA+RB) C) olacaktır. Eğer R A =R B ise D=%5 ve çıkışişareti kare dalga olacaktır. 24

29 Örnek Aşağıda verilen astable multivibratör devresinin tl, th, dalga boşluk oranıve frekansınıhesaplayınız. 2V 4,7KΩ KΩ V out 68pF 6 5,µF Çözüm: Verilen değerleri ifadelerde yerine yazarsak, tl =,7 R B C =, = 4,76µs th=,7 R A C =,7 4, = 2,237µs Dalga boşluk oranıise, tl D th t L 4,76 s D 2,237 s 4,76 s D,68 D %68 olacaktır. 25

30 Çıkışdarbe frekansı, f = T f = th tl f = 2,237 s 4, 76 s f = 42,9KHz 26

31 UYGULAMA UYGULAMAFAALİYETİ. OSİLATÖRLER Deney : Faz KaymalıRc Osilatör Gerekli Donanım: Güç Kaynağı: 2VDC Transistör : BC8C veya Muadili Direnç : KΩ, 2x2.2Ω, 3.3Ω, 5.6KΩ, 4xKΩ, 22KΩ, 33KΩ Kondansatör: 3xnF, µf, 47µF +VCC=2V R 3 KΩ R C 5.6KΩ C C C C 2 nf nf C 3 nf T BC8 µf Vç R KΩ R 2 KΩ R 4 KΩ R E 5.6KΩ + C E 47µF Faz Kaydırıcı Ortak Emiterli Yükselteç Şekil.28: RC faz kaydırmalıosilatör devresi DENEYİN YAPILIŞI: Şekil.28 deki faz kaymalıosilatör devresini deney seti üzerine kurunuz. Osilatörün çıkışişaretini gözlemlemek için gerekli osilaskop bağlantısınıyapınız. Osilatör çıkışişaretinin (Vç) ve Q transistörünün beyzindeki işaretin dalga biçimlerini şekil.29 daki diyagrama orantılıolarak çiziniz. İşaretin tepeden tepeye değerini ve frekansınıölçerek elde ettiğiniz sonucu ilgili yere kaydediniz. f = Herz Vç = volt 27

32 V/DIV= T/DIV= V/DIV= T/DIV= Şekil.29: RC osilatörün çıkışve beyz işaretlerinin dalga biçimleri Osilatör çıkışişareti ile transistörün beyzindeki işareti aynıanda osilaskopta gözleyiniz. Bu iki işaret arasında faz farkıvar mı? Varsa ilgili yere not ediniz. ø= Şekil.29 daki deney devresinde RE direnç değerini tablo. de verilen değerlerle sıra ile değiştiriniz. Her değer için çıkışişaretinin tepeden tepeye değerini ve frekansını ölçerek tablo deki ilgili yerlere kaydediniz. Osilatör devresini şekil.29 daki ilk haline getiriniz. Devredeki R direnci yerine 22KΩ luk bir direnç bağlayınız. Bu durumda çıkışişaretinin genliği ve frekansındaki değişimi gözleyerek sonucu ilgili yere not ediniz. Sorular: RE (Ω) Vç t-t (volt) F (Herz) 6.6KΩ 5.6KΩ 3.2KΩ Tablo.: Osilatör kazancının etkileri Vç = volt f = Herz.Osilatör devresinin osilasyona başlamasıiçin çıkışve geri beslenen girişişaretleri arasındaki faz farkınasıl sağlanmıştır? Açıklayınız. 2.Osilatörün çalışmasına RE direncinin etkisini belirtiniz. RE direncinin değişimi osilatör çıkışişaretinde ne gibi değişimler sağlar? Açıklayınız. 28

33 Deney 2 : Kolpits Osilatör Gerekli Donanım: Güç kaynağı: 2VDC Transistör: BC8C veya muadili Direnç: 2x2KΩ, KΩ Kondansatör: 2n2F, 4n7F, nf, 22nF, 47nF,.µF,.22µF,.47µF, µf Bobin (indüktans): 3mH, mh, 3mH +VCC=2V C 2 4.7nF R KΩ L 3mH C 3 2.2nF T BC8 V V 2 C 2.2µF R 2 2.2KΩ R 3 2.2KΩ Şekil.3: Kolpits osilatör devresi Deneyin Yapılışı: Şekil.3 daki kolpits osilatör devresi verilmiştir. Bu devreyi deney seti üzerine kurunuz. Devreye güç uygulayınız. Devre çıkışındaki işaretleri (V ve V2) incelemek için gerekli osilaskop bağlantılarını yapınız. Doğru bir ölçme için, osilaskopta gerekli kalibrasyon ayarlarınıyapınız. Osilatör çıkışındaki V geriliminin dalga biçimini osilaskopla inceleyiniz ve elde ettiğiniz işareti şekil.3 deki diyagrama orantılıolarak çiziniz. 29

34 V/DIV= T/DIV= V/DIV= T/DIV= Şekil.3: V ve V2 gerilimlerinin dalga biçimleri V işaretinin frekansınıaşağıdaki formülü kullanarak hesaplayınız. f = 2 LC f (hesaplanan)= f (öçülen ) = Hz Hz Sonucu kaydediniz. C; rezonans devresinin toplam kapasite değeridir. Toplam kapasite; formülü yardımıyla bulunur. C C = C 2 2 xc3 C 3 Aynıişlemleri V2 işareti içinde tekrarlayarak sonuçlarıilgili yerlere kaydediniz. V2 işaretinin frekansınıaşağıdaki formülü kullanarak hesaplayınız. Sonucu kaydediniz. V2 işaretinin dalga biçimini şekil.32 deki diyagrama orantılı olarak çiziniz. f = f (hesaplanan)= Hz 2 LC f (öçülen) = Hz Osilatör devresinde kullanılan L, C2 ve C3 elemanlarınıtablo.2 de belirtilen değerlerle sıra ile değiştiriniz. Her değer için çıkışişaretinin frekansınıölçerek sonuçları tablodaki ilgili yerlere kaydediniz. 3

35 L (mh) C2 (nf) C3 (nf) C (toplam) F (KHz) Ölçülen F (KHz) Hesaplanan Tablo.2: Kolpits osilatör karakteristikleri Şekil.3 daki osilatör devresinde; L=3mH, C2=nF ve C3=47nF değerleri için, V ve V2 gerilimlerinin dalga biçimlerini zamanın bir fonksiyonu olarak şekil.32 deki diyagrama orantılıolarak çiziniz. V/DIV= T/DIV= V/DIV= T/DIV= Şekil.32: Vve V2 gerilimlerinin dalga biçimleri 3

36 2. MULTİVİBRATÖRLER Deney : Astable Multivibratör Gerekli Donanım: Güç Kaynağı: 2VDC Transistör: 2xBC8C LED: 5mm standart led Direnç: 2xΩ, 2x47Ω, 2xKΩ, 2x2.2KΩ, 2x4.7KΩ, 2xKΩ Kondansatör: 2x22nF, 2nF, 2xµF, 2x22µF +Vcc=2V R Ω R 2 2.2KΩ R 3 2.2KΩ R 4 Ω C C2 V CE Q.µF.µF Q 2 V CE2 V V BE V V BE2 Şekil.33: Kararsız (astable) multivibratör devresi Şekil.33 teki kararsız multivibratör devresini deney seti üzerine kurunuz. Osilaskop kullanarak kararsız multivibratör devresinde VCE, VBE gerilimlerinin dalga biçimlerini şekil.34 a da görülen diyagrama çiziniz. VCE2, VBE2 gerilimlerinin dalga biçimlerini ise şekil.34 b deki diyagrama orantılı olarak çiziniz. Q2 veya Q transistörünün çıkış dalga biçimlerini inceleyiniz. Q ve Q2 transistörlerinin kesim (T) ve doyum anındaki (T2) periyotlarınıölçerek tablo.3 teki ilgili yerlere kaydediniz. Şekil.33 teki kararsız multivibratör devresinde R, R2 dirençlerini ve C, C2 kondansatörlerini tablo.4 te belirtilen değerlerle sıra ile değiştiriniz. 32

37 V/DIV= T/DIV= V/DIV= T/DIV= Şekil.34 a ve b : Kararsız multivibratörün dalga biçimleri Transistör T T2 T+T2 F Q Q2 Tablo.3: Multivibratör dalga şekilleri Değiştirdiğiniz her değer için çıkışişaretlerinin T, T2 değerlerini ve toplam periyot değerini (T=T+T2) ölçerek tablo.4 teki ilgili yerlere kaydediniz. C (nf) C2 (nf) R2 (Ω) R3 (Ω) T (µs) T2 (µs) T=T+T2 F=/T 2K2 2K2 4K7 4K7 K K K K K2 2K2 2K2 4K7 4K7 2K2 Tablo.4: Kararsız multivibratör devresinin çeşitli değerler altında karakteristikleri 33

38 Deney 2: Kararsız Multivibratörlü Flaşör Devresi Bu deneyde dengesiz multivibratörü kullanarak bir flaşör devresi tasarlayacağız. Böylece multivibratörün çalışmasınıgörsel olarak daha iyi anlayacağız. Uygulaması yapılacak olan flaşör devresi şekil.35 te verilmiştir. +Vcc=2V LED LED2 R 47Ω C R 2 2.2KΩ R 3 2.2KΩ R4 C2 47Ω V CE Q 22µF 22µF Q 2 V CE2 V V BE V V BE2 Şekil.35: Dengesiz multivibratör ile yapılan flaşör devresi Şekil.35 teki devreyi deney seti üzerine kurunuz. Devreye enerji vererek çalışmasını LED'lerin yanıp sönmesine bakarak irdeleyiniz. Devredeki C ve C2 kondansatörlerini µf yapınız. Devrenin çalışmasını gözlemleyiniz. Devrenin çalışmasında ne gibi değişiklikler olmuştur? Neden? Açıklayınız. Deney 3: Çift Dengeli Multivibratör Bu deneyde çift dengeli multivibratör devresinin çalışmasınıve özelliklerini inceleyeceğiz. Deneyde kullanacağımız çift dengeli multivibratör devresi şekil.36 da verilmiştir. +Vcc=2V R KΩ R R KΩ KΩ R 2 R 5 V Q Q 4.7KΩ 4.7KΩ Q 2 V Q2 R 3 Ω R 6 Ω SET RESET Şekil.36: Çift dengeli (Bistable) multivibratör devresi Şekil.36 daki çift dengeli multivibratör devresi görülmektedir. Bu devreyi deney seti üzerine kurunuz. 34

39 Tablo.5 te belirtilen sayısal değerleri kısa bir süre için devrenin RESET ve SET girişlerine uygulayınız. R ve S girişlerinden uygulayabileceğiniz işaretin ve transistör çıkışlarından alacağınız analog değerlerin sayısal karşılıklarıda tablo.5 te verilmiştir. SAYISAL DEĞER GİRİŞ V=V V=2V ÇIKIŞ V<2 volt V>9 volt Tablo.5: Sayısal verilerin analog karşılıkları Bu çalışmada ve tablo.6 da belirtilen değerler analog olarak tablo.5 te verilen değerlere karşılık gelmektedir. Elde ettiğiniz sonuçların sayısal değerlerini tablo.6 daki ilgili yerlere kaydediniz. Sonuçta; RESET SET VQ VQ2 Tablo.6: Bistable multivibratörün çalışması Çift kararlımultivibratörler bistable multivibrators olarak da bilinir. Çift kararlımultivibratör, bir sonraki öğrenme faaliyetinde göreceğimiz temel RS flip flop devresini oluşturmaktadır. İki transistörden meydana gelen bu devre bilgi saklanmasında kullanılır. 35

40 İşlem Basamakları Kuracağınız devreyi inceleyerek özelliklerini öğreniniz ve önemli gördüğünüz noktalarınot alınız. Çalışma alanınızıfiziksel ve elektriksel olarak temizleyiniz. Kısa devre oluşmaması için gerekli tedbirleri alınız. Önlüğünüzü giyiniz ve gerekli iş güvenliği kurallarına uyunuz. Devreyi kurmak için gerekli malzemeleri tespit ediniz. Özel elemanların ve entegrelerin katalog bilgilerini öğreniniz. Devre elemanlarının sağlamlık kontrollerini yapınız. Devreleri bredbord üzerine şemaya bakarak tekniğine uygun şekilde kurunuz. Kurduğunuz devreyi, AVO metreyi kullanarak ve devre şemasından takip ederek bağlantıların doğru olup olmadığınıkontrol ediniz. Devrenin besleme gerilimlerini bağlayınız. Çıkışlara bağlıled lerin durumuna bakarak devrenin doğru çalışıp çalışmadığınıkontrol ediniz. Öneriler Uygulamaya başlamadan önce konu hakkında çeşitli kaynaklardan araştırmalar yapınız ve bulduğunuz sonuçlarıyanınızda bulundurunuz. Temizliğe ve statik elektrik olmamasına dikkat ediniz. Çalışma alanındaki parçalar devrenizde kısa devre oluşturabilir. Dikkat ediniz! Önlüğünüzün düğmelerini kapatmayı unutmayınız. Güç kaynağı, bağlantıprobları, AVO metre gibi cihazlarıunutmayınız. Katalogları ve interneti kullanabilirsiniz. Elemanlarıbredborda takarak kontrol ediniz. Elemanların bacaklarını doğru bağlamak için katalog bilgilerini kullanınız. Yaptığınız işin kaliteli olmasına ve işi zamanında yapmaya özen gösteriniz. Kopukluk ve kısa devre olmamasına dikkat ediniz. Gereğinden fazla gerilim vermek elemanlarıbozacaktır. Önce kaynak gerilimini ölçerek kontrol ediniz. Bir kronometre ile süreyi ölçebilirsiniz. UYGULAMA FAALİYETİ 36

41 ÖLÇME ÖLÇMEVE VE DEĞERLENDİRME Aşağıdaki sorularıcevaplayarak faaliyette kazandığınız bilgi ve becerileri ölçünüz. A. FAALİYET ÖLÇME SORULARI Aşağıdaki sorularda doğru olan şıkkıişaretleyiniz.. Aşağıdakilerden hangisi bir multivibratör çeşidi değildir? A) Tek kararlı B) Çift kararlı C) Üç kararlı D) Kararsız 2. Çıkışından durmadan kare dalga veren multivibratör aşağıdakilerden hangisidir? A) Tek kararlımultivibratör B) Çift kararlımultivibratör C) Üç kararlımultivibratör D) Kararsız multivibratör 3. Çıkışdalga şekli, butona basılmadığısürece sabit kalan multivibratör aşağıdakilerden hangisidir? A) Tek kararlımultivibratör B) Dört kararlımultivibratör C) Üç kararlımultivibratör D) Kararsız multivibratör 4. Kararsız multivibratör devresinde, transistörlerin iletimde kalma süreleri aşağıdakilerden hangisine bağlıdır? A) Dirence B) Kondansatöre C) Gerilim kaynağına D) Direnç ve kondansatöre 5. Tek kararlımultivibratör devresinde, butona basılınca aşağıdakilerden hangisi olur? A) Çıkış durumuna geçer ve bir müddet sonra tekrar durumuna geçer. B) Çıkış durumuna geçer ve hep öyle kalır. C) Çıkış durumuna geçer. D) Çıkışdeğişmez. 6. Çift kararlımultivibratör devresinin çıkışında oluşan kare dalganın ve olarak kalma süreleri aşağıdakilerden hangisine bağlıdır? A) Dirence B) Kondansatöre C) Gerilim kaynağına D) Hiçbirine 37

42 7. Çift kararlımultivibratör devresinde kaç tane buton vardır? A) B) 2 C) 3 D) 4 8. Transistörün iletimde olmasıdurumunda aşağıdakilerden hangisi oluşur? A) C-E arasıkısa devre olur. B) C-E arasıaçık devre olur. C) B-E arasıkısa devre olur. D) B-E arasıaçık devre olur. 9. Transistörün yalıtımda olmasıdurumunda aşağıdakilerden hangisi oluşur? A) C-E arasıkısa devre olur. B) C-E arasıaçık devre olur. C) B-E arasıkısa devre olur. D) B-E arasıaçık devre olur.. Tek kararlımultivibratör devresinde kondansatörün değerini artırırsak çıkışdalga şekline aşağıdakilerden hangisi olur? A) iken olur. B) Periyodu artar. C) Frekansıartar. D) iken olur. DEĞERLENDİRME Cevaplarınızıcevap anahtarıile karşılaştırınız. Doğru cevap sayınızıbelirleyerek kendinizi değerlendiriniz. Yanlışcevap verdiğiniz ya da cevap verirken tereddüt yaşadığınız sorularla ilgili konularıfaaliyete dönerek tekrar inceleyiniz. Tüm sorulara doğru cevap verdiyseniz diğer faaliyete geçiniz. 38

43 B. PERFORMANS TESTİ Bir arkadaşınızla birlikte yaptığınız uygulamayıdeğerlendirme ölçeğine göre değerlendirerek, eksik veya hatalıgördüğünüz davranışlarıtamamlayınız. Modülün Adı Amaç KONTROL LİSTESİ Flip-Flop Modül Eğitimini Gerekli ortam sağlandığında, bilgisayaralanın: kartları üzerinde kullanılan tümleşik devrelerin çalışma mantığını bilerek gerektiğinde bu tip elemanların montajadıve Soyadı ve demontaj işlemlerini gerçekleştirebileceksiniz. Ayrıca bilgisayar ile kontrol edilen birtakım devreler yapılmasıgerektiğinde bu tip devre uygulamalarını gerçekleştirebilecek bilgi ve beceriye sahip olabileceksiniz. AÇIKLAMA: Aşağıda listelenen davranışların her birinin arkadaşınız tarafından yapılıp yapılmadığınıgözlemleyiniz. Eğer yapıldıysa evet kutucuğunun hizasına işareti koyunuz. Yapılmadıysa hayır kutucuğunun hizasına işareti koyunuz. DEĞERLENDİRME ÖLÇÜTLERİ Evet Hayır Osilatör devrelerinin özelliklerini öğrendiniz mi? Osilatör devreleri ile ilgili özel elemanların katalog bilgilerini araştırıp öğrendiniz mi? Deneylerde kullanacağınız araç gereçlerin adlarınıve özelliklerini öğrendiniz mi? Uygulamalarıyapmadaki amacıve sonuçta elde edilmesi gereken sonuçlarıbiliyor musunuz? 5 Uygulamalarıyaparken gerekli güvenlik tedbirlerini aldınız mı? 6 Uygulamalarıyapmak için gerekli cihazlarıtanıyıp seçebildiniz mi? Kullanacağınız elemanların sağlamlık kontrollerini tekniğine uygun şekilde yapabildiniz mi? Devreleri, devre şemasından takip ederek ve doğru olarak tekniğine uygun şekilde bredbord üzerine kurabildiniz mi? Bredbord üzerine kurduğunuz devrelerde gerekli ölçmeleri yapabildiniz mi? Mesleğe uygun kıyafet giydiniz mi? Çalışma alanınıve aletleri tertipli ve düzenli kullandınız mı? 2 Zamanıiyi kullandınız mı? DÜŞÜNCELER... 39

44 C. UYGULAMA DEĞERLENDİRMESİ Yaptığınız değerlendirme sonunda hayır şeklindeki cevaplarınızıbir daha gözden geçiriniz. Kendinizi yeterli görmüyorsanız öğrenme faaliyetini tekrar ediniz. Eksiklerinizi araştırarak ya da öğretmeninizden yardım alarak tamamlayabilirsiniz. Cevaplarınızın tamamı evet ise bir sonraki faaliyete geçiniz. 4

45 ÖĞRENME FAALİYETİ 2 ÖĞRENME FAALİYETİ 2 AMAÇ Uygun ortam sağlandığında, flip-flop entegreleri ve devreleri tanıyacak, özelliklerini bilecek ve bu entegreler ile istediğiniz tipte mantık devresinin tasarımınıyapabileceksiniz. ARAŞTIRMA Bu faaliyet öncesinde yapmanız gereken araştırmalar şunlardır: Flip-floplara neden ihtiyac duyulmaktadır ve kullanım yerleri nerelerdir? Flip-flop entegrelerini, kataloglarıve interneti kullanarak inceleyeniz, çeşitleri, isimleri hakkında bilgi toplayınız ve entegre görünümleri çizerek doğruluk ve fonksiyon tablolarınıoluşturunuz. Araştırma işlemleri için İnternet ortamında araştırma yapınız. Elektronik kart tamiratı ve tasarımıile uğraşan kişilerden ön bilgi edininiz. Bunun için serviste bulunan yetkili teknik eleman ve elektronik mühendislerinin bilgisine başvurabilirsiniz. 2. FLIP- FLOPLAR Flip-floplar yapısında lojik kapılar olan, yani lojik kapılar ile gerçekleştirilmişözel elemanlardır. Girişlerin değişimine bağlıolarak çıkışdeğeri değişir. Flip-flopların bu anlık değişimine tetiklenme adıverilir ve bu değişimi sağlayan duruma ise flip-flop bun tetiklenmesi denir. Flip-floplar da ardışıl devrelerde kullanılır ve bir zamanlama palsi vardır. Ayrıca flip flopların en önemli özelliği çıkışdeğerlerinin bir önceki çıkışa da bağlıolmasıdır. Tabi burada açıklanacak çok kavram var. Burada kısaca değineceğimiz ana kavramlarıkonu ilerledikçe daha iyi anlayacaksınız. Lojik devreler, kombinasyonel (combinational) ve ardışıl (sequential) olmak üzere 2 bölümde incelenebilir. Kombinasyonel devrelerde, herhangi bir andaki çıkış, sadece o andaki girişler tarafından belirlenir. Önceki çıkışdeğerlerinin sonraki çıkışa hiçbir etkisi söz konusu değildir. Ardışıl devrelerde ise bir önceki çıkış, mevcut girişlerle birlikte sonraki çıkışıtayin eder. Başka bir deyişle ardışıl devrelerin bellek özelliği vardır. Yani çıkışlarıaklında tutar ve girişolarak kullanır. Bu modülde, flip-floplarla devre tasarımının genel mantığınıanlatacağız ama, aslında flip floplarla devre tasarımınıdaha çok sayıcılar konusunda göreceksiniz. Çünkü sayıcıların tasarımıflip-floplarla gerçekleştirilmektedir. Ayrıca kaydedicinin (register) yapısında ve hafıza (memory) biriminin yapısında da flip-flop vardır. Bu öğrenme faaliyetinde işleyeceğimiz konulardan aklınızda kalmasıgereken en önemli hususlar, flip flopların sembolleri ve doğruluk tabloları(yani flip flopların girişleri ne olursa çıkışının ne olacağı) olmalıdır. Flip-flopların temel özellikleri ile, tetikleme çeşitleri bilinmeli ve flip floplarla tasarım konusu, aşamalarıile birlikte çok iyi anlaşılmalıdır. 4