DENEY 6-3 Ortak Kollektörlü Yükselteç

Transkript

1 Deney 10

2 DENEY 6-3 Ortak Kollektörlü Yükselteç DENEYİN AMACI 1. Ortak kollektörlü (CC) yükseltecin çalışma prensibini anlamak. 2. Ortak kollektörlü yükseltecin karakteristiklerini ölçmek. GENEL BİLGİLER Ortak kollektörlü (CC) yükselteç devresi Şekil de gösterilmiştir. AC analizde V CC kısa devre olarak düşünülebileceği için (süperpozisyon teoreminden), kollektör V i ve V o gerilimleri için ortak uçtur. Diğer bir ifadeyle, kollektör toprak ucudur. Emetördeki çıkış gerilimi giriş gerilimini izlediği için, bu devre emetör-izleyici devre olarak adlandırılır. Şekil Ortak kollektörlü yükselteç devresi Ortak Kollektörlü Yükselteç için Öngerilim Düzenlemesi 1. Emetör geribeslemeli öngerilim devresi Şekil Emetör geribeslemeli öngerilim devresi 6-29

3 Emetör geribeslemeli öngerilim devresi Şekil de gösterilmiştir. R E emetör direnci, aşağıda analiz edildiği gibi, devrenin kararlığını arttırmaktadır. V CC =I B R B + V BE + I E R E I B = = I B R B + V BE + ( 1+β) I B R B R B VCC V + (1+ BE V CC β ) IB RE RB + β R E I E =I B +I C =( 1+β) I B βi B V E = I E R E =( 1+β) I B R E β I B R E 2. Sabit öngerilim devresi Şekil de gösterildiği gibi, sabit öngerilim devresi, β değerinden bağımsız bir öngerilim devresidir. V B = V CC V E =V B - V BE I E =V E / R E R2 R1 + R2 Son analizde β nın hiç olmaması, bu öngerilim düzenlemesinin oldukça kararlı olduğunu göstermektedir. Ortak Kollektörlü Yükseltecin AC Analizi Şekil 6-3-3(a) da gösterilen devrenin AC eşdeğeri, Şekil 6-3-3(b) de gösterilmiştir. Şekil 6-3-3(b) deki R ac, R E //R L ye eşittir. 1. Vi = Ib Ri + (Ib + hfeib) x Rac = Ib Ri + (1 + hfe)ib x Rac = Ib [Ri + (1 + hfe) Rac] Rin' = Vi / ib, Rin' = Ri + (1 + hfe) Rac Giriş empedansı; Rin = Rb//Rin' Rb//hfe. Rac >> Ri 2. Vo = (ib + hfe ib) x Rac = (1+hfe) ib Rac 6-30

4 3. Av = Vo/Vi, Ri + Rs Zo = Rac // 1+ hfe (1 + hfe)ib Rac = ib[ri + (1 + hfe) Rac] (1 + hfe)rac = Ri + (1 + hfe)rac R i <<(1+h fe )R ac olduğu için, A V 1 olur, ancak 1 den küçüktür. 4. Ai = (Ib + hfe Ib) /Ib = 1 + hfe Yukarıdaki analizden, ortak kollektörlü yükseltecin aşağıdaki özelliklere sahip olduğu anlaşılmaktadır: a) Z i çok büyüktür. b) A v 1 c) Ortak kollaktörlü yükseltecin A i si, ortak emetörlü yükseltece göre biraz daha büyüktür ve 1+h fe ye eşittir. d) Z o çok küçüktür. e) V o, V i nin aynısıdır. Ortak kollektörlü yükselteç, gerilim yükseltme için uygun değildir ve öncelikli olarak empedans uydurma amacıyla kullanılır. Nadiren, akım yükseltme uygulamalarında da kullanılır. (a) Devre (b) AC eşdeğer devre Şekil Ortak kollektörlü yükseltecin ac analizi 6-31

5 KULLANILACAK ELEMANLAR 1. KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneği 2. KL Transistörlü Yükselteç Devre Modülü 3. Osiloskop 4. Multimetre DENEYİN YAPILIŞI 1. KL modülünü, KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve c bloğunun konumunu belirleyin. Şekil teki devre ve Şekil teki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2 yi devreye bağlayın. KL Düzeneğindeki sabit 12VDC güç kaynağını, KL modülüne bağlayın. 2. V B yi değiştirmek için VR2(10KΩ) yi ayarlayın, Tablo deki V E ve V B değerlerini ölçün ve kaydedin. 3. Şekil daki devre ve Şekil deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2 yi devreye bağlayın. KL Düzeneğindeki sabit 12VDC güç kaynağını, KL modülüne bağlayın. 4. V E =V CC /2=6V olacak şekilde VR2(10KΩ) yi ayarlayın. 5. KL Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN ucuna 1KHz lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. Emetör ucuna osiloskop (AC bağlantıda) bağlayın. 6. Osiloskop ekranında görüntülenen çıkış dalga şekli bozulmayacak şekilde, sinüzoidal sinyalin genliğini arttırın. 7. Osiloskop kullanarak, V i giriş sinyalini ve V o çıkış sinyalini ölçün ve Tablo ye kaydedin. 6-32

6 8. Osiloskop kullanarak, V A ve V B yi ölçün ve Tablo ye kaydedin. 9. VR2 potansiyometresini ayarlayın ve çıkış dalga şeklinde bozulma olup olmadığını gözleyin. 10. Aşağıdaki değerleri hesaplayarak Tablo ü tamamlayın: Vo Ie =, Rb Va Vb Ib =, Rb Vo Av =, Rb Ie Ai =, Ap = Av Ai, and Ib Vb Zin = Ib V B 2V 3V 4V 5V V E Tablo V A (V pp ) V B (V pp ) V o (V pp ) I e I b A v A i A p Z in Tablo

7 Tablo

8 Şekil Şekil Bağlantı diyagramı (KL blok c) Şekil

9 Şekil Bağlantı diyagramı (KL blok c) SONUÇLAR Ortak bazlı yükselteç şu özelliklere sahiptir: 1. Yüksek giriş ve düşük çıkış empadansı 2. Yüksek akım kazancı ve yaklaşık 1 e eşit gerilim kazancı (emetör izleyici) 3. Giriş sinyali ile aynı fazda çıkış sinyali 4. Empedans uydurma ve akım sürücü olarak kullanmak için uygun 6-36

10 DENEY 6-4 Anahtarlama Devresi DENEYİN AMACI 1. Transistörlü anahtarlama devresinin çalışma prensibini anlamak. 2. Transistör ON yada OFF durumundayken kollektör akımını ölçmek. GENEL BİLGİLER Transistörün Anahtar Davranışı Transistör anahtar olarak kullanıldığında, genel olarak aşağıdaki iki durumdan birinde çalışır: Doyum: V CE(sat) =0.2V, I C =V CC /R C (Transistörün C-E arası kısa devre) Kesim : V CE =V CC, I C =0 (Transistörün C-E arası açık devre) Endüktif Yükleri Sürmek için Transistör Kullanımı Röle ve motor gibi endüktif yükleri sürmek için transistör kullanıldığı zaman; transistör doyumdayken, kollektörden akan akımın ilgili karakteristikleri sağlayıp sağlamadığına ve transistör kesimdeyken, kollektöre uygulanan gerilimin transistörün dayanabileceği V CEO gerilimini aşıp aşmadığına dikkat edilmelidir (V CEO ; Baz açıkken, CE ün dayanabileceği gerilim). Şekil de gösterildiği gibi, transistör kesimdeyken, şekilde gösterilen polaritede bir zıt emk üretilir ve CE arası V CC nin iki katına eşit bir gerilime maruz kalabilir. Şekil Röle sürücü devresi 6-37

11 Endüktif eleman tarafından üretilen zıt elektromotor kuvvetin etkisini ortadan kaldırmak için, Şekil de gösterildiği gibi, zıt elektromotor kuvvet için bir deşarj yolu sağlamak amacıyla, bobinin uçları arasına paralel olarak bir diyot bağlanabilir. Böylece V CEO azaltılmış ve transistör korunmuş olur. KULLANILACAK ELEMANLAR 1. KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneği 2. KL Transistörlü Yükselteç Devre Modülü 3. Multimetre DENEYİN YAPILIŞI A. ON ve OFF Durumlarında Transistör Akımlarının Ölçülmesi 1. KL modülünü, KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve c bloğunun konumunu belirleyin. Şekil deki devre ve Şekil teki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL Düzeneğindeki sabit 5VDC ve 12VDC güç kaynaklarını, KL modülüne bağlayın. 2. I B ve I C akımlarını ölçmek için ampermetreleri bağlayın. 3. Güç açıkken, Q3 transistörünün bazına 5V uygulanmaktadır. Bu durumda Q3 transistörü iletimde (ON) olmalıdır. I B, I C ve V CE değerlerini ölçün ve Tablo e kaydedin V ucundan KL modülüne gelen bağlantı kablosunu çıkartın. Bu durumda Q3 transistörü kesimde (OFF) olmalıdır. I B, I C ve V CE değerlerini ölçün ve Tablo e kaydedin. 6-38

12 Durum V BE I B I C V CE Q3 ON 5V Q3 OFF 0V Tablo Şekil Transistörün anahtar olarak kullanılması Şekil Bağlantı diyagramı (KL blok c) 6-39

13 B. Transistörün Röle Sürmek için Kullanılması 1. Şekil teki devre ve Şekil teki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın (# etiketli klips hariç). KL Düzeneğindeki sabit 5VDC ve 12VDC güç kaynaklarını, KL modülüne bağlayın. 2. Güç açıkken, Q3 transistörünün bazına 5V uygulanmaktadır. Bu durumda Q3 transistörü iletimde (ON) ve röle mıknatıslanmış (ON) olmalıdır. V BE ve V CE değerlerini ölçün ve Tablo ye kaydedin. 3. Q3 ün bazı ile R15 direnci arasındaki klipsi kaldırarak, 5V luk gerilimi devreden çıkarın. Bu durumda Q3 transistörü kesimde (OFF) çalışır ve rölenin mıknatıslığı ortadan kalkar (OFF). V BE ve V CE değerlerini ölçün ve Tablo ye kaydedin. 4. Devrede # ile işaretli olan klipsi takın ve diğer klipsleri çıkartın.böylece Şekil 6-4-4(b) de gösterilen devre kurulmuş olur. 5. Q4 transistörünün bazını toprağa bağlamak için S1 basmalı anahtarına basın. Bu durumda Q4 transistörü iletimde (ON) ve röle mıknatıslanmış (ON) olmalıdır. V BE ve V CE değerlerini ölçün ve Tablo ye kaydedin. 6. Q4 transistörünün bazını açık devre etmek için S1 basmalı anahtarına basın. Bu durumda Q4 transistörü kesimde (OFF) çalışır ve rölenin mıknatıslığı ortadan kalkar (OFF). V BE ve V CE değerlerini ölçün ve Tablo ye kaydedin. 6-40

14 Devre Düzenlemesi Röle V BE (V) V CE (V) ON OFF ON OFF Tablo (a) NPN (b) PNP Şekil Röle sürmek için transistör kullanılması 6-41

15 Şekil Bağlantı diyagramı (KL blok c) SONUÇLAR Transistör, mükemmel bir elektronik anahtardır. Transistör doyumda çalışırken, kollektör akımı maksimum değerine ulaşır ve kollektör-emetör arası gerilim düşümü sadece 0.2V olur. Transistör kesimde çalışırken ise kollektör akımı yaklaşık olarak sıfırdır. 6-42

16 DENEY 6-5 Darlington Yükselteci DENEYİN AMACI 1. Darlington devresinin çalışma prensibini anlamak. 2. Darlington devresinin karakteristiklerini ölçmek ve çeşitli kontrol uygulamalarında kullanmak. GENEL BİLGİLER Darlington devresinin karakteristikleri: 1. Akım kazancı çok yüksektir. 2. Giriş empedansı çok büyüktür. Darlington devresinin analizi: 1. Darlington devresinin akım kazancı Şekil de gösterilmiştir. Şekil Darlington devresi I C2 = β 2 I B2 = β 2 I E1 = β 2 (1+ β 1 )I B1 β 2 β 1 Yukarıdaki şekilden; I C2 /I B1 β 1 β 2 = = 5000 Toplam yükseltme faktörü (5000), tek bir transistörün β değerine göre oldukça yüksektir. 6-43

17 2. Darlington devresinin giriş empedansı Z in Örnek : Şekil de gösterilen devre için I E =1A ise, Z i =? Çözüm: β= β 1 β 2 = = 5000 I E = 1A, V E = I E R E = 10V Vin = 0.6V + 0.6V + 10V = 11.2V I E = 1A I E I C = β I B = 5000 I B 1A = = IB 2 ma Vin 11.2V Zin = = = 56k Ω IB 0.2mA Z in için yaklaşık hesaplama: Zin = R E x β 1 β 2 Zin = 10Ωx = 50KΩ Yukarıdaki analizlere göre: Darlington devresinin akım kazancı ve giriş empedansı, tek bir transistöre göre çok daha yüksektir. Darlington düzenlemesi, Şekil de gösterilen dört farklı tipte gerçekleştirilebilir. Darlington düzenlemesi gerçekleştirmek için, piyasada mevcut Darlington transistörü kullanılabileceği gibi, Şekil ye uygun şekilde tek transistörlerle de oluşturulabilir. 6-44

18 Şekil Dört tip Darlington devre düzenlemesi KULLANILACAK ELEMANLAR 1. KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneği 2. KL Transistörlü Yükselteç Devre Modülü 3. Multimetre DENEYİN YAPILIŞI A. Darlington Yükseltecinin Temel Karakteristiklerinin Ölçülmesi 1. KL modülünü, KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve a bloğunun konumunu belirleyin. Şekil teki devre ve Şekil teki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR4 potansiyometresini devreye bağlayın. KL Düzeneğindeki sabit 12VDC güç kaynağını, KL modülüne bağlayın. 6-45

19 2. I B ve I C akımlarını ölçmek için ampermetreleri bağlayın. 3. VR4(1MΩ) ü maksimuma ayarlayın. I B, I C ve V B değerlerini ölçün ve Tablo e kaydedin. 4. I C akımı maksimum değerine ulaşacak şekilde VR4 ü ayarlayın ve I C deki değişimi gözleyin. VR4, direnci azalacak şekilde ayarlandıkça, I C nin buna uygun şekilde artıp artmadığını gözleyin. 5. VR4 ü minimuma ayarlayın. I B, I C ve V B değerlerini ölçün ve Tablo e kaydedin. 6. Aşağıdaki değerleri hesaplayarak, tablo i tamamlayın. Ai = ( 1+ β 1) β 2 = Ic Ib VB Zi = ( 1+ β 1) β 2 R IB E, R E = 10Ω VR4 Darlington VR4 Max. VR4 Min. I B I C A i V B Z i Tablo Şekil Darlington yükselteci 6-46

20 Şekil Bağlantı diyagramı (KL blok a) B. Fotoelektrik Kontrol Devresi 1. Şekil teki devre ve Şekil daki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR4 potansiyometresini devreye bağlayın. 2. KL Düzeneğindeki sabit 12VDC güç kaynağını, KL modülüne bağlayın. 3. Fotodirenç (CDS) üzerine ışık düşerken, VR4(1MΩ) ü, röle açılacak şekilde ayarlayın. V B, V C ve I C değerlerini ölçün ve Tablo ye kaydedin. 4. Fotodirencin (CDS) karanlıkta olduğu durumda, I C akımının değerini ve rölenin kapalı olup olmadığını gözleyin. V B, V C ve I C değerlerini ölçün ve Tablo ye kaydedin. CDS Darlington, Röle V B V C I C Röle durumu Aydınlık Karanlık Tablo

21 Şekil Fotoelektrik kontrol devresi Şekil Bağlantı diyagramı (KL blok a) C. Zaman Geciktirme Devresi 1. Şekil 6-5-7(a) daki devre ve Şekil deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR4 potansiyometresini devreye bağlayın. KL Düzeneğindeki sabit 12VDC güç kaynağını, KL modülüne bağlayın. 2. VR4(1MΩ) ü minimuma ayarlayın. Güç kaynağını açın ve rölenin, birkaç saniyelik gecikmeden sonra kapanıp kapanmadığını gözleyin. C1 kondansatörü üzerindeki gerilimi ölçün ve V C1 deki değişimi gözleyin (röle mıknatıslanmazsa, V CC 14V a kadar arttırılabilir). 6-48

22 3. Güç kaynağını kapatın ve C1 in uçlarını kısa bir süre için kısa devre yapın (boşalması için). VR4(1MΩ) ü orta konumuna ayarlayın. Güç kaynağını açın ve rölenin kapanması için geçen gecikme süresini gözleyin. C1 kondansatörü üzerindeki gerilimi ölçün ve V C1 deki değişimi gözleyin. 4. Şekil 6-5-7(b) deki devre ve Şekil daki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın ve 3. adımdaki işlemleri tekrarlayın. 6. Rölelerin kapanması için geçen gecikme sürelerini kaydederek, VR4 ün değerinin değiştirilmesiyle gecikme süresinin değişip değişmediğini gözleyin (τ=rc). 7. Şekil 6-5-7(b) deki gibi rölenin kollektöre bağlanmasının, röle için zaman gecikme kontrolünü etkileyip etkilemediğini gözleyin. (a) Yük emetörde (b) Yük kollektörde Şekil Zaman geciktirme devresi 6-49

23 Şekil Bağlantı diyagramı (KL blok a) Şekil Bağlantı diyagramı (KL blok a) SONUÇLAR Darlington devresi yada darlington çifti, yüksek giriş empedansına ve yüksek akım kazancına sahiptir. Yaygın olarak, röle sürücü, adım motor sürücü yada dc motor sürücü gibi sürücü devrelerinde kullanılır. 6-50