DENEY 8 FARK YÜKSELTEÇLERİ

Transkript

1 DENEY 8 FARK YÜKSELTEÇLERİ 8.1 DENEYİN AMACI Bu deneyde fark yükselteçleri analiz edilecek ve girşçıkış sinyalleri incelenecektir. 8.2 TEORİK BİLGİ Fark yükselteçleri birçok entegre devrelerde kullanılan bir devre türüdür. Fark yükselteçleri girişlerine uygulanan iki işaretin farkını yükseltirler. Bu devreler OpAmp ların da temelini oluşturur. Bu devrelerin iki girişi ve iki çıkışı vardır Temel BJT Fark Yükselteçleri BJT fark yükselteçlerinde iki eş transistör kullanılır ve bu transistörler sabit akım ile beslenir. Temel BJT fark yükselteci devresi Şekil 8.1 de gösterilmiştir. DC Analiz: İlk olarak her iki taban terminaline ortak mod gerilimi (Vi n1 =V in2 =V cm ) uygulanır. I Q akımı Q 1 ve Q 2 transistörleri tarafından eşit paylaşılır(q 1 ve Q 2 eş transistörler). Taban akımlarını ihmal edersek, I C1 =I E1 ve I C2 =I E2 olur. Eğer giriş işareti girişlerden birine uygulanır ve diğer giriş toprağa bağlanırsa, işlem tek sonlandırmalı olarak adlandırılır. Eğer iki giriş zıt kutuplu sinyallerle beslenirse, çift sonlandırmalı olarak adlandırılır. AC Analiz: Tek Sonlandırılmalı AC Gerilim Kazancı Eğer giriş işareti girişlerden birine uygulanır, diğer giriş toprağa bağlanırsa, buna tek sonlandırmalı denir. Eğer iki giriş zıt kutuplu sinyallerle beslenirse, çift sonlandırmalı olarak adlandırılır. OKÜ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK LABORATUVARI 1

2 Küçük işaret eşdeğer devresini elde etmek için, bütün DC kaynaklar 0 a götürülür ve yerlerine eşdeğer kısa devre konulur. Şekil 8.2 de küçük işaret eşdeğer devresi gösterilmiştir. R O akım kaynağının çıkış direncidir. i b v c2 = v o i b V in /2 h ie h fe i b R C R C h fe i b h ie V in /2 i e i e R O Fark kazancı Şekil 8.2 BJT Fark Yükselteci Küçük İşaret Eşdeğer Devresi olarak hesaplanır. Ortak Mod İşlemi AC Gerilim Kazancı Eğer giriş işareti her iki girişide uygulanırsa, işleme ortak mod denir. Küçük işaret eşdeğer devresini elde tekme için, bütün DC kaynaklar 0 a götürülür ve yerlerlerine eşdeğer kısa devre konulur. Şekil 8.3 de küçük işaret eşdeğer devresi gösterilmiştir.r O akım kaynağının çıkış direncidir. i b v c2 = v o i b V in /2 h ie h fe i b R C R C h fe i b h ie V in /2 i e i e R O Şekil 8.3 Ortak Giriş Sinyalli Fark Yükseltecinin Küçük İşaret Eşdeğer Devresi Ortak mod küçük işaret kazancı olarak hesaplanır. OKÜ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK LABORATUVARI 2

3 Ortak Mod Zayıflama Oranı Ortak mod Zayıflama Oranı (Common Mode Rejection RatioCMRR), bir fark yükseltecinin ortak mod girişimini zayıflatma yeteneğinidir ve aşağıdaki gibi tanımlanır: MOSFET Fark Yükselteçleri Şekil 8.4 de temel MOSFET fark yükselteci gösterilmiştir. M1 ve M2 transistörleri eş transistörlerdir ve her zaman doyum bölgesinde çalışırlar. V i D1 i D1 V o v G1 v GS1 M 1 M 2 v GS1 v G1 I Q V Şekil 8.4 Temel MOS Fark Yükselteci DC Analiz Küçük işaret eşdeğer devresini elde etmek için Şekil 8.4 deki DC kaynaklar(vg1 = VG2 = 0) sıfıra götürülür ve yerine kısa devre konur. IQ akımı M! ve M2 transistörleri arasında eşit olarak paylaşılır. AC Analiz Tek Sonlandırılmalı AC Gerilim Kazancı OKÜ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK LABORATUVARI 3

4 Eğer giriş işareti girişlerden birine uygulanır, diğer giriş toprağa bağlanırsa, buna tek sonlandırmalı denir. Küçük işaret eşdeğer devresini elde etmek için, bütün DC kaynaklar 0 a götürülür ve yerlerine eşdeğer kısa devre konulur. Şekil 8.5 de küçük işaret eşdeğer devresi gösterilmiştir. Fark kazancı olarak bulunur. v o M 2 v d /2 v d /2 g g m v gs v o (a) (b) Şekil 8.5 Fark Yükseltecinin Ortak Mod Yarım Devre Modeli Ortak Mod İşlemi Gerilim Kazancı Eğer giriş işareti her iki girişe de uygulanırsa, işleme ortak mod denir. Küçük işaret eşdeğer devresini elde tekme için, bütün DC kaynaklar 0 a götürülür ve yerlerine eşdeğer kısa devre konulur. Şekil 8.6(a) da ortak mod yarım devre modeli gösterilmiştir. Şekil 8.6(b) de küçük işaret eşdeğer devresi gösterilmektedir. R O akım kaynağının çıkış direncidir. OKÜ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK LABORATUVARI 4

5 M 2 v o v cm g g m v gs v o 2R O v cm 2R O (a) (b) Şekil 8.6 Fark yükseltecinin Ortak Mod Yarım Devre Modeli Ortak mod küçük işaret kazancı olarak hesaplanır. 8.3 ÖN ÇALIŞMA V = 15V R =10k b14 M 3B b13 b6 b10 b11 M 4B b12 V o a3 a5 b5 v 1 v 2 M 1A M 2B b3 8 5 a4 b4 a8 M 5A a6 a10 a11 M 6A V DD pin 14'e, V SS pin 7'e bağlanacaktır CD4007 a7 a9 V = 15V Şekil 8.7 CMOS Fark Yükselteci OKÜ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK LABORATUVARI 5

6 8.3.1 Şekil 8.7 deki devre için A d yi bulunuz. K n1 =k n2 =k n5 =k n6 =0.1 ma/v 2, k p3 =k p4 =0.3 ma/v 2 ve bütün transistörler için λ= 1V. M 6a için λ= 0.01V Şekil 8.7 deki devrenin PSpice analizini yapınız ve A d, A cm, Rid, Ric ve CMRR yi bulunuz. A d = A c = Rid = Ric = CMRR = Şekil 8.7 deki devrenin PSpice analizini yapınız ve gerilim transfer karakteristiğini çıkartınız. (Y) Volts/div= (X) Volts/div= Time/div= OKÜ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK LABORATUVARI 6

7 8.4 İŞLEM BASAMAKLARI Deneyde Kullanılacak Malzemeler Direnç NMOS : 10 kω : CD4007 Standart Laboratuvar Ekipmanları: Osiloskop, DC Güç Kaynağı, Sinyal Jeneratörü, Dijital Multimetre, Protoboard, Şekil 8.7 deki devreyi kurunuz. V 1 = 0.05sin(2π100t) ve V 2 = 0 iken Vo(t) çiziniz. Gerilim transfer karakteristiğini çiziniz. A d yi bulunuz. (Y) Volts/div= (X) Volts/div= Time/div= (Y) Volts/div= (X) Volts/div= Time/div= OKÜ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK LABORATUVARI 7

8 8.4.3 Şekil 8.7 deki devreyi kurunuz. V 1 = V 2 = 2sin(2π100t) ve V 2 = 0 iken Vo(t) çiziniz. Gerilim transfer karakteristiğini çiziniz. A C yi bulunuz Aşağıdaki tabloyu doldurunuz. A d A C CMRR 8.5 SONUÇ Ön çalışma sonuçları ile deney sonuçlarını karşılaştırınız. Farklar varsa nedenini açıklayınız Bu deneyde ne öğrendiniz açıklayınız. OKÜ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK LABORATUVARI 8