GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Transkript

1 GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK LABORATUVARI II DENEY FÖYÜ

2 İÇİNDEKİLER LABORATUVAR GÜVENLİK KURALLARI DENEY : ÇOK KATLI YÜKSELTEÇLER DENEY : FET Lİ YÜKSELTEÇ DEVRELERİ DENEY: GERİLİM REGÜLATÖRÜ/SABİT AKIM DEVRESİ DENEYİ DENEY : TRANSİSTÖR İÇİN NEGATİF GERİBESLEME DENEY : POZİTİF GERİBESLEMELİ TRANSİSTÖR DEVRELERİ DENEY : TEMEL OPAMP KARAKTERİSTİKLERİ DENEYLERİ DENEY : TEMEL OPAMP LI YÜKSELTEÇ DENEYLERİ DENEY : OPAMP KULLANAN OSİLATÖR DEVRELERİ

3 LABORATUVAR GÜVENLİK KURALLARI YAPMAYINIZ: 1. Laboratuvarda kesinlikle yalnız çalışmayınız. 2. Laboratuvara yiyecek ve içecek getirmek kesinlikle yasaktır. 3. Deney masaları üzerine sıvı içeren bir şey koymayınız. 4. Deneyiniz dışında başka bir işle meşgul olmayınız. 5. Kullanımını bilmediğiniz cihazları kullanmayınız. 6. Deney sorumlusu kurduğunuz devreyi kontrol etmeden deney düzeneğine kesinlikle enerji vermeyiniz. 7. Enerji altında olup olmadığını bilmediğiniz makine aksamlarına dokunmayınız. 8. Laboratuvarda yüksek sesle konuşmayınız. YAPINIZ: 1. Laboratuvara gelirken uygun kıyafet giyiniz. 2. Deneye gelirken deney föylerini ve hesap makinenizi mutlaka getiriniz (Deney föyü yanında olmayan öğrenciler deneye alınmayacaktır). 3. Deneydeki devreleri kurarken enerjiyi kesiniz. 4. Deney devrenizi kurarken cihazları kapalı tutunuz. 5. Deney föylerinin deneye gelmeden önce mutlaka okuyunuz ve gerekli ön hazırlığı yapınız. 6. Deney bitince cihazları kapatınız ve enerjisini kesiniz. 7. Doğruluğundan emin olmadığınız bağlantıları daima deney sorumlusuna gösteriniz. 8. Deney esnasında yolunda gitmeyen bir durum fark edildiği anda vakit geçirmeden deney sorumlusuna haber veriniz. 9. Laboratuvardan ayrılırken bütün cihazları kapatınız, cihazları ve kabloları yerlerine koyunuz. 10. Deney sırasında elektrik çarpmasına karşı tüm önlemleri aldığınızdan emin olunuz. 11. Deneylere giriş için zamanında (ders saatinden 5 dakika önce ) laboratuvarda hazır bulununuz. Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölüm Başkanlığı 2

4 1. DENEY : ÇOK KATLI YÜKSELTEÇLER DENEYİN AMACI (1) Çeşitli kuplaj tiplerine sahip yükselteçlerin çalışma prensiplerini anlamak. (2) OTL yükselteç devresinin çalışma prensibini anlamak. (3) OCL yükselteç devresinin çalışma prensibini anlamak. (4) Yaygın şekilde kullanılan ses yükselteç tümdevrelerini anlamak. GENEL BİLGİLER Yeni Terimler: OTL Yükselteç: OCL Yükselteç: Frekans tepkisi: (Output Transformer Less AMP), Çıkış ucunda çıkış transformatörü bulunmayan yükselteç. (Output Capacitor Less AMP), Çıkış ucunda çıkış kondansatörü bulunmayan yükselteç. Bir yükseltecin, farklı frekans bölgelerinde yükseltme yapabilme yeteneğini ifade eder. Yükselteçlerin genellikle yüksek ve alçak frekanslardaki yükseltme yetenekleri zayıftır. Isıl döngü zararı: Yarıiletken transistörün iletim akımı, sıcaklık artışıyla birlikte artacaktır. Bununla birlikte, akımın artışı da sıcaklığın artmasına neden olacak ve böylece bir sıcaklık-akım döngüsü ortaya çıkacaktır. Sonuç olarakta transistör zarar görecektir. Verim: Yükselteç tarafından dönüştürülen AC gücün, bu yükselteç tarafından harcanan DC güce oranıdır. P o( ac) % verim 100% P i( ac) Daha yüksek verimli yükselteç, daha çok enerji tasarruf eder. 3

5 Temel Prensip: Yükselteçlerde üç tür kuplaj (bağlantı) yaygın olarak kullanılır: 1. RC bağlantı. 2. Transformatör bağlantı. 3. Doğrudan bağlantı. (1) RC bağlantı 1) Şekil 9.1(a), iki katlı RC kuplajlı yükselteç devresini göstermektedir. Birinci katın yükü Rc1 direncidir ve Cc kondansatörü, birinci katın çıkış sinyalini, ikinci kata bağlamak için kullanılmaktadır. 2) Cc Kuplaj Kondansatörünün İşlevi: Cc, DC gerilim için açık devre gibi davranır ve DC bileşenler engellenmiş olur.( X 12 fc ) ve ƒ 0 olduğu için XC sonsuza C yaklaşır). Diğer yandan Cc, AC işaret için kısa devre gibi davranır, çünkü AC için f daha büyük ve buna uygun olarak XC daha küçüktür. Cc kondansatörünün değeri genellikle 2 ~ 50 μf aralığındadır. DC bileşenler bu kondansatörler tarafından yalıtıldığı için, öngerilim devreleri birbirlerinden bağımsız olurlar. 3) Avantajları: Bu kuplaj türü basit ve ucuz olup, küçük hacimli devre elde etmeye elverişlidir ve en yaygın kullanılan kuplajlama yöntemidir. Bu kuplaj türünün frekans tepkisi mükemmeldir. Bu kuplaj türünde gürültü ve manyetik indüksiyonun sebep olduğu vınlama daha düşüktür. Dezavantajları: Düşük frekans bölgesindeki kuvvetlendirme, kuplaj kondansatörü tarafından sınırlanır ( X 12 fc ) olduğu için, düşük frekansta çok büyük XC, işaretin önemli C derecede zayıflamasına yol açar). Yük direnci büyük miktarda DC güç tüketeceğinden, bu kuplaj türü yalnızca düşükgüçte kuvvetlendirme yada gerilim kuvvetlendirme için uygundur. Bu kuplaj türünde verim düşüktür, çünkü biribirini takip eden katlardaki transistör empedanslarını eşleştirmek kolay değildir. (2) Transformatör bağlantı Şekil 9.3'te gösterildiği gibi transformatör, iki katın DC öngerilimlerini yalıtmak için kullanılırken, aynı zamanda sinyal aktarıcı ve empedans uydurucu olarak da görev yapar. 1) Transformatörün temel karakteristikleri Şekil 1.de gösterilmiştir. Sarım sayısı gerilimle doğru orantılıdır: V1 / V2 = N1 / N2 4

6 Sarım sayısı akımla ters orantılıdır: I2 / I1 = N1 / N2 Empedans oranı, sarım sayıları oranının karesine eşittir. Z1 / Z2 = (N1 / N2) 2 Şekil 1 2) Avantajları: Bu kuplaj türünde empedansları denkleştirmek kolaydır ve gerilim artırıcı veya gerilim düşürücü olarakta görev yapabilir. Bu kuplaj türü, yüksek verim ve yüksek güç özelliklerine sahiptir. Bu kuplaj türünde, ardışık iki katın DC gerilim etkileşimlerini ortadan kaldırmak kolaydır. Dezavantajları: Çıkış transformatörü kullanıldığı için, RC kuplajlı yükseltece göre daha fazla yer kaplar. Çıkış transformatörünün endüktif bir eleman olması ve bobinler arasında kondansatör bulunması nedeniyle frekans tepkisi zayıftır. RC kuplajlı yükseltece göre daha pahalıdır. (3) Doğrudan bağlantı Şekil 9.2 de gösterildiği gibi, önde gelen katın çıkışı, bir sonraki katın girişine doğrudan bağlanmıştır. 1) Doğrudan kuplaj yöntemi aşağıdaki iki prensibe uymak durumundadır: DC öngerilimleme uyumlu olmalıdır. Birbirini takip eden iki katın akım yönleri uyumlu olmalıdır. 2) Güç kaynağının gerilimi kararlı olmalıdır. Silisyum transistörler, düşük sızıntı akımı ve yüksek kararlılık özelliklerine sahip olduğu için, silisyum transistörler kullanmak daha uygundur. Aksi takdirde ardışık katlar arasında zincirleme tepkimeler meydana gelerek devre bozulabilir. 3) Avantajları: Kuplaj devresinin kayıplarını azaltabilir. L ve C elemanlarının neden olduğu faz kaymasını azaltabilir. Bu kuplaj türü, L (XL) ve C (XC) nin etkisi olmadan, alt frekansı neredeyse sıfır Hz e kadar uzanan çok geniş bir frekans tepkisine sahiptir. Bundan dolayı bu devre, DC ye 5

7 yakın çok düşük frekanslı işaretleri kuvvetlendirmek için kullanılabilir. Dezavantajları: Yükselteçteki ardışık kat sayısı sınırlanmalıdır. Çünkü, sıcaklık değişimine bağlı olarak, herhangi bir kattaki IB değişimi, devrenin tamamında önemli ölçüde kararsızlığa neden olur. Seçilen elemanların karakteristik değerleri, mümkün olduğunca doğru olmalıdır. Aksi takdirde kolaylıkla gürültü ve güç zayıflaması ortaya çıkar. Yükselteç ve Kazanç (1) Yükselteç sisteminin blok diyagramı 1) GİRİŞ Giriş sinyal dönüştürücü Küçük sinyal yükselteci Büyük sinyal yükselteci Çıkış sinyal dönüştürücü ÇIKIŞ Giriş sinyal dönüştürücü: Küçük-sinyal yükselteci: Büyük-sinyal yükselteci: fiziksel sinyali (ses...) elektriksel sinyale çevirir. giriş sinyali için uygun doğrusal güç yükseltmesi sağlar ve gerilim kazancını artırır. çıkış aygıtlarını sürmek amacıyla, küçük sinyal yükseltecin çıkışı için güç kuvvetlendirmesi sağlar. Çıkış sinyal dönüştürücü: büyük sinyal yükseltecinin çıkışındaki sinyali, çıkış aygıtının empedansı ile uyumlu hale getirir. 2) Büyük sinyal yükseltecine aynı zamanda güç yada akım yükselteci de denir.bu yükselteç ile ilgili değerlendirmeler çoğunlukla güç verimliliği, maksimum güç kapasitesi ve çıkış empedans eşlemesi hakkındadır. (2) Yükseltecin kazancı: Yükseltme faktörü, çıkış sinyalinin giriş sinyaline oranıdır. 1) AV (gerilim kazancı): Çıkış geriliminin giriş gerilimine oranıdır. A V V v o i 2) Ai (akım kazancı): Çıkış geriliminin giriş gerilimine oranıdır. A I I i o i 3) AP (güç kazancı): Çıkış geriliminin giriş gerilimine oranıdır. 6

8 P E I A A A o o o p v i Pi EiIi (3) Desibel: Desibel, kulağın sese karşı hassasiyetini belirten logaritmik bir ölçüdür ve db ile gösterilir. 1) 0 db : 600Ω luk yük üzerinde tüketilen güç 1mW iken, uygulanan gerilimin 0.77V olmasına karşılık gelir. A 10log P P 2) P db 10 o i A 20log V V 3) V db 10 o i A 20log I I 4) I db 10 o i 5) dbm : 600Ω luk direnç referans yük ve 1mW lık güç referans seviye olarak kullanıldığında hesaplanan db değeri. (4) Kaskat sistemin kazancı ve db i: Şekil 2 Kaskat sistem 1) Kaskat sistemin toplam kazancı 1 A A A (4) A A A VT V1 V 2 VT db V1 db V 2 db 2 A A A 5 A A A IT I1 I 2 IT db I1 db I 2 db 3 A A A 6 A A A PT P1 P2 PT db P1 db P2 db 2) db değerinin pozitif olması, devrenin kazanç yada yükseltme sağladığı, negatif olması ise zayıflatıcı olarak çalıştığı anlamına gelir. Örnek: log1=0, log2=0.3, log3=0.477, log10=1 1 1 AV AV 20log AV 20log 20log1 20log 2 db dB A V log dB Yükseltecin Frekans Tepkisi (1) Yükseltecin kazancı için, referans olarak orta frekans bölgesi kullanılırken, düşük yada yüksek frekanslarda kazanç değeri düşer. Düşük frekanslar, örneğin RC kuplajlı yükselteç 7

9 için, kuplaj kondansatöründen etkilenecektir (çünkü X 12 fc, f Xc ); yükseltme, giriş kondansatörü ve yüke paralel olan transistörün dağıtım kondansatöründen etkilenir (f Xc ) ve kazanç azalır. Frekans tepkisi Şekil 3.te örnek olarak gösterilmiştir. C Şekil 3 (2) Orta frekans bölgesindeki kazanç, 1 (0dB) olarak ayarlanırsa, AV nin olduğu (FL, FH) noktaları yarım güç noktaları olarak adlandırılır. FL : alt 3-dB frekansı yada alt kesim frekansı olarak ifade edilir. FH : üst 3-dB frekansı yada üst kesim frekansı olarak ifade edilir. BW (Bant genişliği) : BW=FH FL Büyük Sinyal Yükselteci (1) Yükseltecin çalışmasına bağlı olarak sınıflandırma ve bozulma 1) Öngerilimlemenin durumuna bağlı olarak güç yükselteçleri A Sınıfı, AB Sınıfı, B Sınıfı ve C Sınıfı olarak sınıflandırılırlar. Ayrıca, sürme kapasitesini arttırmak için push-pull yükselteçler tasarlanmıştır. Aşağıda bu dört tip yükselteç için bir karşılaştırma verilmiştir: 8

10 Çalışma Noktasının Konumu A Sınıfı 1. Öngerilimleme doğrusal bölgededir ve giriş işareti salınımı da aynı zamanda doğrusal bölgede yer alır. 2. Çalışma noktası yük doğrusunun orta noktasıdır (kollektör tüm periyot boyunca mevcuttur). Avantajları 1. Yükseltme tek bir transistörle gerçekleştirilebilir. 2. En düşük gürültü seviyesine sahiptir. Dezavantajları 1. Verim en düşüktür (%25). 2. Harmonik bozulmayı engelleyemez. 3. Sükunet noktasında çok fazla güç tüketir. 4. Büyük güç yükseltmesi için elverişli değildir. Uygulama Alanı Düşük güçler için yükseltme 9

11 Çalışma Noktasının Konumu B sınıfı 1. Doğrusal bölgeyle kesim bölgesinin kesişimindedir ve giriş işareti salınımının bir yarısı doğrusal bölgede diğer yarısı kesim bölgesindedir. 2. Çalışma noktası kesim noktasındadır (çıkış kolektör akımı pozitif çevrimde mevcuttur). Avantajları 1. Harmonik bozulma engellenebilir. 2. Büyük güç yükseltmesi gerçekleştirilebilir. 3. Verim daha yüksektir (%78.5). 4. Sükunet noktasında güç tüketimi yoktur. Dezavantajları 1. Kuvvetlendirme sadece tamamlayıcı konfigürasyonla elde edilebilir. 2. Geçiş bozulması mevcuttur. Uygulama Alanı Büyük güçler için yükseltme 10

12 AB Sınıfı C sınıfı Çalışma Noktasının Konumu Çalışma noktası yük doğrusuyla kesim noktası arasındadır. Avantajları Push-pull yükseltme için B Sınıfının yerine kullanılabilir ve geçiş bozulması problemini ortadan kaldırır. Dezavantajları 1. Verim B Sınıfına göre biraz düşüktür (%70). 2. Sükunet noktasında küçük bir akım meydana gelir. Uygulama Alanı Büyük güçler için yükseltme Çalışma Noktasının Konumu Çalışma noktası, kesim noktasının altındadır. Avantajları En yüksek verime sahiptir (%78.5 dan fazla) Dezavantajları Bozulma en yüksek mertebededir. Uygulama Alanı LC salınım vericisi, Harmonik üreteci. 2) Bozulmaların sınıflandırılması: Bozulmalar, doğrusal olmayan bozulma, frekans bozulması ve gecikme (faz) bozulması olarak sınıflandırılabilir. Doğrusal olmayan bozulma (genlik bozulması): Çalışma noktası doğrusal bölgede yer almaz ve bunun sonucunda çıkış, asıl işaretin yanında harmonik bileşenlerini de içerir. Örneğin 1KHz lik asıl işaret, 2KHz ve 3KHz lik harmonik işaretler üretebilir. Şekil 4(a)(b) de gösterilen bu bozulmaya harmonik bozulma da denir. (a) Normal dalga şekli (b) Harmonik bileşenlere sahip dalga şekli Şekil 4 11

13 Frekans bozulması: Yükseltecin farklı frekanslara karşılık, farklı yükseltme katsayılarına sahip olması durumunda ortaya çıkar. Gecikme bozulması (faz bozulması): Yükseltecin farklı frekanslara karşılık, farklı faz kaymalarına sahip olması durumunda ortaya çıkar. (2) Push-pull Yükselteç Yükselteç devresinde daha yüksek çıkış gücü gerekliyse, genellikle çıkış katında pushpull yükselteç olarak birlikte çalışmak üzere iki adet tranzistör kullanılır. Push-pull yükselteçler, tek-uçlu push-pull yükselteç ve çift uçlu push-pull yükselteç olarak ikiye ayrılırlar. 1) Çift-uçlu push-pull yükselteç Şekil 5 te gösterildiği gibi temel push-pull yükselteç devresi, giriş transformatörü, çıkış transformatörü ve iki adet tranzistörden meydana gelmiştir. Giriş transformatörü, Şekil 6 da gösterildiği gibi, giriş işaretini eşit büyüklükte fakat ters fazda iki işarete bölen bir faz bölücü olarak görev yapmaktadır. (a) Giriş işaretinin pozitif alternansındaki çalışma durumu (b) Giriş işaretinin negatif alternansındaki çalışma durumu Şekil 5 Temel çift-uçlu push-pull yükselteç devresi 12

14 Şekil 6 kollektör akımı kollektör akımı Ic1 ve Ic2 nin bileşik akımı kollektör gerilimi kollektör gerilimi Şekil Çıkış gerilimi ve çıkış akımı dalga şekilleri Şekil 5(a) da gösterildiği gibi, giriş işaretinin pozitif alternansı, push- pull yükseltecinin Q1 transistörü tarafından yükseltilir. Şekil 5(b) de gösterildiği gibi, giriş işaretinin negatif alternansı ise, push-pull yükseltecinin Q2 transistörü tarafından kuvvetlendirilir. Q1 in IC1 akımı ve Q2 nin IC2 akımı çıkış transformatörü tarafından birleştirilir. Giriş sinyalinin iki 13

15 alternansının, sırasıyla Q1 ve Q2 tarafından yükseltilmesine karşın, yükü besleyen sinyal hala Vin ile orantılı olan AC sinyalin tamamıdır. Şekil 7 de, push-pull yükseltecin çıkış akım ve gerilim dalga şekilleri gösterilmiştir. Transistörün geçiş eğrisi ise Şekil 8(a) da gösterilmiştir. Transistöre öngerilim uygulanmazsa veya uygulanan öngerilim Ic 0 olacak kadar küçükse transistör, geçiş eğrisinin eğrilik bölgesinde çalışır. Şekil 5 te gösterilen çift uçlu push- pull yükseltecin, Q1 ve Q2 transistörlerine öngerilim uygulanmadığı durumda, bileşik geçiş eğrisi Şekil 8(b) de gösterildiği gibi olur. Giriş sinyali uygulandığında, çıkış dalga şeklinin pozitif ve negatif çevrimlerinin kesişiminde, geçiş bozulması adı verilen bozulma meydana gelir. Geçiş bozulmasını engellemek için, Q1 ve Q2 transistörlerine, Şekil 9 da gösterildiği gibi, bu transistörler geçiş eğrisinin doğrusala yakın bölgesinde çalışacak şekilde, uygun öngerilim uygulanmalıdır. (a) Transistörün geçiş eğrisi (b) Q1 ve Q2 yi push-pull olarak kullanan bileşik geçiş eğrisi (c) Vin'e karşılık gelen IC akımında ortaya çıkan geçiş bozulması Şekil 8 B sınıfı push-pull yükseltecinde meydana gelen geçiş bozulması 14

16 (a) Q1 ve Q2 yi push-pull olarak kullanan bileşik geçiş eğrisi (b) Vi ye karşılık gelen IC akımında geçiş bozulması meydana gelmemiştir (Şekildeki Q çalışma noktasıdır) Şekil 9 AB Sınıfı push-pull yükseltecin çalışması 15

17 (a) R2 nin gerilimiyle öngerilimleme (bazen TH dahil edilir) (b) Diyot ile sağlanan öngerilimleme Şekil 10 Push-pull yükselteç Çift-uçlu push-pull yükselteç için öngerilim düzenlemesi Transistör için yaygın olarak kullanılan iki farklı öngerilimleme yöntemi Şekil 10 da gösterilmiştir. Şekil 10(a) daki devre, transistöre öngerilim sağlamak için, R2 direnci üzerinde düşen gerilimden yararlanır. Sıcaklık kompanzasyonu için, negatif sıcaklık katsayılı bir termistör, R2 direnci ile paralel olarak bağlanmıştır. Q1 ve Q2 nin sıcaklığı artarsa, sıcaklıkla birlikte Ic akımı da artar ve bu durum çalışma noktasının kaymasına neden olur. Bu durumda termistörün direnç değeri azalacağı için, Q1 ve Q2 nin ileri öngerilimi azalır ve transistörün sükunet akımı sıcaklıkla birlikte artmamış olur. Şekil 10(b) de gösterilen devre, transistöre öngerilim sağlamak için diyot üzerindeki gerilim düşümünden yararlanır. PN jonksiyon diyodu ile BE leri PN jonksiyonundan oluşan Q1 ve Q2 transistörleri arasındaki benzerlik sebebiyle, sıcaklık arttığı zaman, VD, VBE ve VC gerilimleri azalır ve böylece IC akımı artmaz. Re üzerindeki akım negatif geri beslemesi, sıcaklık artışı ve buna bağlı IC artışının neden olduğu ısıl döngüden, transistörün hasar görmesini engeller. (I sıcaklık I sıcaklık ). Çift-uçlu push-pull yükseltecin avantajları ve dezavantajları Çift-uçlu push-pull yükselteçte iki adet transformatör kullanıldığı için frekans tepkisi kötüdür, bozulma fazladır, hacmi büyük ve ağırlığı fazladır. Bununla birlikte, daha küçük VCC güç kaynağı ile yüksek güçte çıkış elde etmek kolaydır. Bu yüzden çift-uçlu push-pull yükselteçler seyyar megafonlarda yaygın şekilde kullanılır. 2) Tek-uçlu push-pull yükselteç Çift-uçlu push-pull yükselteçte transformatör kullanılması zayıf frekans tepkisine neden olur. Çift-uçlu push-pull yükseltecin dezavantajlarını düzeltmek amacıyla, tek-uçlu push-pull yükselteç tasarlanmıştır. Tek- uçlu push-pull yükselteçler iki sınıfa ayrılır: OTL yükselteç: OTL (Output Transformer Less) yükselteç, çıkış transformatörü bulunmayan bir yükselteçtir. Bununla birlikte, çıkış ucuyla yük arasına seri olarak 1000 μf lık bir kondansatör bağlanır. OCL yükselteç: OCL (Output Capacitor Less) yükselteç, devreden çıkış kondansatörünü de kaldırır ve çıkışında kondansatör bulunmayan bir yükselteçtir. 16

18 Çıkış ucu doğrudan yüke bağlanır. OTL devresi, aşağıdaki maddeler dışında OCL devresi ile benzerdir. OTL sadece bir güç kaynağı kullanırken, OCL, eşit genlikli negatif ve pozitif güç kaynakları kullanır. OTL nin merkez-noktası gerilimi VCC/2 iken, OCL ninki 0V tur. OTL de, çıkış transformatörü kaldırılmış olmasına rağmen, çıkış kondansatörü halen bulunmaktadır. OCL de ise çıkış kondansatörü de kaldırılmıştır. OTL nin giriş katında genellikle CE yükselteç kullanılırken, OCL nin giriş katında fark yükselteci kullanılır. OTL ve OCL devrelerinin benzerliği nedeniyle, burada sadece OTL devresi ele alınmıştır. OTL devreler de ayrıca iki guruba ayrılırlar: Faz bölücü olarak transformatör kullanan OTL yükselteci Tamamlayıcı simetrik OTL Bunlardan en yaygın kullanılanı, tamamlayıcı simetrik OTL dir ve bu devre aşağıda açıklanmıştır. NPN ve PNP transistörler birbirlerinin tümleyeni olarak karakterize edildikleri için (NPN transistör bazına pozitif gerilim uygulandığında, PNP transistör ise bazına negatif gerilim uygulandığında iletime geçer), giriş işaretinin pozitif ve negatif alternansları, giriş transformatörlü faz bölücüsü yerine, aynı karakteristikteki bir NPN ve PNP transistör çifti ile bölünebilir. Şekil 11 de, tamamlayıcı simetrik tek-uçlu push-pull yükseltecin temel devresi gösterilmiştir. Giriş işareti uygulanmadığında, Q1 ve Q2 nin ikisi de kesimdedir ve yük üzerinden akım akmaz. Giriş işaretinin pozitif alternansında, Q1 ileri öngerilimlenir ve iletimdedir, Şekil 11 (a) da gösterilen akım yolu üzerinden yüke pozitif alternans uygulanır. Bu durumda Q2 tranzistörü kesimdedir. Giriş işaretinin negatif alternansında, Q2 ileri öngerilimlenir ve iletimdedir, Şekil 11 (b) de gösterilen akım yolu üzerinden yüke negatif alternans uygulanır. Bu durumda Q1 transistörü kesimdedir. Şekil 10 da, Q1 yada Q2 ye öngerilim uygulanmadığı için, B sınıfı yükselteç olarak çalışır ve Şekil 8 de gösterildiği gibi geçiş bozulması ortaya çıkar. Bu temel devrenin çıkış ucu doğrudan yüke bağlandığı için ve çift güç kaynağı kullanıldığı için, bu devre bir OCL devresidir. 17

19 (a) Giriş işaretinin pozitif alternansında Q1 iletimde, Q2 kesimdedir ve yüke pozitif alternans uygulanmaktadır. (b) Giriş işaretinin negatif alternansında Q2 iletimde, Q1 kesimdedir ve yüke negatif alternans uygulanmaktadır. Şekil 11 Temel OCL devresi Şekil 12 Temel OTL devresi 18

20 Şekil 11 deki devre, küçük bir değişiklikle, sadece bir güç kaynağı gerektiren ancak çıkış ucu ile yük arasına bağlanmak üzere büyük bir kondansatöre ihtiyaç duyan Şekil 12 deki devreye dönüştürülebilir. Bu devre, AC çıkışın yüke uygulanabilmesi için, kondansatörün dolma ve boşalma karakteristiklerinden faydalanan temel bir tamamlayıcı OTL devresidir. Geçiş bozulmasını engellemek için, Şekil 13 de gösterildiği gibi, pratik devrelerde transistöre yeterli Vbe gerilimi uygulanır. Aşağıda Şekil 13 teki devrenin çalışması anlatılmıştır: Giriş işareti uygulanmadan önce, Q1 ve Q2 simetrik ve eşit öngerilimli olduğu için, her iki transistör de iletimdedir ve merkez- nokta gerilimi = VCC/2 dir. Giriş işaretinin pozitif alternansında, Q1, Şekil 13(b) de gösterilen, Co kondansatörünün dolduğu akım yolu üzerinden iletimdedir ve yüke pozitif alternans uygulanır. Giriş işaretinin negatif alternansında, Q2, Şekil 13(c) de gösterilen, Co kondansatörünün boşaldığı akım yolu üzerinden iletimdedir ve yüke negatif alternans uygulanır. 3) Sürücü katı Çıkış, Şekil 13 te gösterildiği gibi, Q1 ve Q2 nin emetöründen alındığı için, devre emetör izleyici olarak çalışır ve daha yüksek akım kazancı ve daha düşük gerilim kazancı sağlar. Gerilim kazancını arttırmak için, Şekil 14 te gösterildiği gibi, Q1 ve Q2 den önce bir CE yükselteç kullanılır. Şekil 14 te gösterilen Q3 ün çıkış gerilimi, Q1 ve Q2 yi sürmek için kullanıldığından, Q3 ün bulunduğu devre sürücü kat olarak adlandırılır. Şekil 14 te gösterilen Q1 ve Q2 için gerekli öngerilimi sağlamak üzere, Şekil 15 te gösterilen devrelerden biri, öngerilim devresi olarak kullanılır. Burada değişken direnç, sükunet akımını kontrol etmek amacıyla, öngerilimi ayarlamak için kullanılır. merkez-nokta gerilimi (a) Vin = 0 iken, her bir noktadaki gerilim. 19

21 Gerilim yükselir Co dolar giriş sinyalinin pozitif alternansı Gerilim yükselir (b) Giriş işaretinin pozitif alternansında, Q1 iletimdedir, Co dolar ve yüke pozitif alternans uygulanır. Gerilim düşer giriş sinyalinin pozitif alternansı Gerilim düşer Co boşalır (c) Giriş işaretinin negatif alternansında Q2 iletimdedir, Co boşalır ve yüke negatif alternans uygulanır Şekil 13 OTL yükseltecin sürücü kat analizi Şekil 14 Tamamlayıcı simetrik düşük-güç yükselteci 20

22 (a) (b) (c) (d) Şekil 15 Öngerilim Devreleri 4) Yüksek güçlü çıkış katı Daha yüksek güç elde etmek için, gerilim kazancının yanında akım kazancı da arttırılmalıdır. Çünkü Po = Io 2 R denklemine göre, daha yüksek Io daha yüksek Po a neden olacaktır. Akım kazancını arttırmak için, çıkış katı Darlington düzenlemesi ile değiştirilmelidir. Şekil 16 da, Q4 ve Q5 in aynı karakteristiklere sahip PNP ve NPN güç transistörleri olduğu, tam-simetrik OTL yükselteci gösterilmiştir. Re direnci, negatif akım geribeslemesi sağlayarak, güç transistörlerinin akım-sıcaklık artış çevriminden dolayı yanmasını engeller. (Örneğin, Vbe = Vb Ve = Vb Ie Re Vb Ic Re ; Sıcaklığın artmasıyla IC akımı artar ve buna bağlı olarak Vbe ve dolayısıyla Ib ve Ic azalır, böylece sıcaklık artmaz). Transistördeki artış nedeniyle, Vbe1 + Vbe4 + Vre4 + Vre5 + Vbe5 + Vbe2 öngerilimi, Vbe = 0.6V kabul edilirse, minimum 2.4V olacaktır. Bu yüzden öngerilim devresi, Şekil 17 de gösterilen, öngerilimleme işlevinin yanında sıcaklık kompanzasyonu da sağlayan devre ile değiştirilir. güç transistörü sürücü katı çıkış katı güç transistörü Şekil 16 Tam olarak-tamamlayıcı OTL yükselteç 21

23 (a) (b) (c) (d) Şekil 17 Yüksek güçlü çıkış için öngerilim devresi 5) DC geri besleme Şekil 9.5 te gösterildiği gibi, DC negatif geri besleme oluşturmak için, OTL yükseltecin geri besleme direnci VR100K (R6), orta noktaya bağlanmıştır. Eğer merkez-nokta gerilimini kayarsa, bu durum orta- noktaya iletilir ve orta-nokta gerilimi otomatik olarak VCC/2 olarak düzeltilir. Örneğin, Şekil 9-5 teki OTP yükseltecin, orta-nokta gerilimi artarsa, Vc1 Vb2 Vc2 Vb4 Ve4 ve orta-nokta gerilimi azalır. 6) AC negatif geri besleme Şekil 9-5 teki C2 ve R5, AC negatif geri besleme devresini oluşturur. Bu devre, yükseltecin çok büyük yükseltme katsayısından dolayı, kolaylıkla salınım üretebileceği için, devreye, yükseltme katsayısını düşürmek için negatif geri besleme devresi dahil edilmiştir. C2, DC bileşenleri izole edip AC bileşenleri geçireceği için, DC negatif geri besleme, R6 ve R5 değerlerine bağlı olan AC negatif geri beslemenin oranı olmaktadır. 7) Maksimum çıkış gücü OTL yükseltecin maksimum çıkış gerilimi VCC yi aşmaz. Bu nedenle; P o max Vp p V R 8R 8R p p VCC L L L Gerçekte gerilim düşüşü tranzistörün C ile E kutupları arasında olacağı için maksimum çıkış gücü teorik değerden düşük olacaktır. 22

24 KULLANILACAK ELEMANLAR (1) KL-200 Lineer Devre Deney Düzeneği (2) Deney Modülü: KL (3) Ölçü Aletleri: 1. Osiloskop 2. Multimetre 3. İşaret üreteci (4) Araç: Temel el araçları. (5) Malzemeler: KL (a,b,c) de gösterildiği gibi. DENEYLER JFET CS yükselteç (kendinden öngerilimli) Deneyin Yapılışı: (1) KL modülünü, KL-200 Lineer Devre Deney Düzeneğine yerleştirin ve a bloğunun konumunu belirleyin. (2) Şekil 9.1(a) daki devre ve blok a bağlantı diyagramı yardımıyla kısa-devre klipslerini yerleştirin (3) Hem Q1 kollektör gerilimi VC1, hem de Q2 kollektör gerilimi VC2, VCC/2 olacak şekilde VR3 ve VR4'ü ayarlayın. (4) IN giriş ucuna işaret üreteci ve osiloskop, çıkış ucuna da osiloskop bağlayın. (5) İşaret üretecini 1KHz lik sinüzoidal sinyal üretecek şekilde ayarlayın. Osiloskopta maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli görüntülenecek şekilde işaret üretecininin genliğini arttırın. (6) Osiloskop kullanarak VB1, VC1, VB2 ve VOUT1 dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. (7) C3(47μF) ü devreden çıkarın ve Adım (5) ve (6) yı tekrarlayın. (8) VR4(1MΩ) ü rasgele değiştirerek VB1, VC1, VB2 ve VOUT1 dalga şekillerinin değişip değişmediğini gözlemleyin. Deney Sonucu: Deney sonuçlarını Tablo 1 e kaydedin, Tablodaki C3 ün bağlı olduğu durumdaki sonuçları 23

25 kullanarak aşağıdaki değerleri hesaplayın. AV1 = Vo1 / Vi1 = VC1 / VB1 =. AV2 = Vo2 / Vi2 = VOUT1 / VB2 =. AV = Av1 x Av2= VOUT1 / VB1 =. Avs = VOUT1 / VIN =. Teorik ve gerçek değerleri karşılaştırın. 24

26 C3 bağlı C3 bağlı değil Dalga şekli Vpp Dalga şekli Vpp V V V IN t V IN t V V V B1 (V i1) t V B1 (V i1) t V V V C1 (V o1) t V C1 (V o1) t V V V B2 (V i2) t V B2 (V i2) t V V V OUT1 t V OUT1 t Tablo 1 Şekil 9.1 (a) RC bağlantılı yükselteç 25

27 Şekil blok a Doğrudan bağlantı Deneyin Yapılışı: (1) Şekil 9.2(a) daki devre ve blok a.2 bağlantı diyagramı yardımıyla kısa-devre klipslerini yerleştirin (Deşarj olması için C3 ü kısa devre edin). (2) Q1 kollektör gerilimi VC1=VCC/2 olacak şekilde VR4(1MΩ)'ü ayarlayın. Multimetre kullanarak (DC kademede) VBE1 ve VBE2 yi ölçün ve kaydedin. (3) IN giriş ucuna işaret üreteci ve osiloskop, OUT1 çıkış ucuna da osiloskop bağlayın. (4) İşaret üretecini 1KHz lik sinüzoidal sinyal üretecek şekilde ayarlayın. Osiloskopta maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli görüntülenecek şekilde işaret üretecininin genliğini arttırın. (5) Osiloskop kullanarak VB1, VC1, VB2 ve VC2 (VOUT1) dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. (6) C3(47μF) ü devreden çıkarın ve Adım (5) i tekrarlayın. 26

28 (7) C3(47μF) ü yeniden bağlayın ve VR4(1MΩ) ü rasgele değiştirerek VB1, VC1, VB2 ve VC2 (VOUT1) dalga şekillerinin değişip değişmediğini gözlemleyin. (8) VR4(1MΩ) ü normal konumuna ayarlayın ve giriş sinyalinin frekansını 0Hz~20KHz arasında ayarlayın. IN ve OUT uçlarındaki dalga şekillerini gözlemleyin ve VOUT ile f arasındaki ilişkiyi kaydedin. Deney Sonucu: Deney sonuçlarını Tablo 2(a) (b) ye kaydedin. C3 bağlı C3 bağlı değil Dalga şekli Vpp Dalga şekli Vpp V V V IN t V IN t V V V B1 (V i1) t V B1 (V i1) t V V V C1 (V B2) t V C1 (V B2) t V V V OUT1 t V OUT1 t Tablo 2(a) 27

29 Tablo 2(a) daki C3 ün bağlı olduğu durumdaki sonuçları kullanarak aşağıdaki değerleri hesaplayın. AV1 = Vo1 / Vi1 = VC1 / VB1 =. AV2 = Vo2 / Vi2 = VOUT1 / VB2 =. AV = VOUT1 / Vi1 =. Avs = VOUT1 / VIN =. Teorik ve gerçek değerleri karşılaştırın. AVO : VO ın maksimum olduğu AV değeri Frekans tepkesi eğrisi Tablo 2(b) Şekil 9.2(b) 28

30 Transformatör bağlantılı devre Deneyin Yapılışı: Şekil blok a.2 (1) Şekil 9.3 teki devre ve blok b bağlantı diyagramı yardımıyla kısa- devre klipslerini yerleştirin. +12V güç kaynağını bağlayın. (2) Giriş ucuna işaret üreteci ve osiloskop bağlayın. Çıkış ucuna 8Ω luk direnç (yapay yük sette zaten bağlıdır ve bağlanmasına gerek yoktur) ve osiloskop bağlayın. (3) İşaret üretecini 500Hz lik sinüzoidal sinyal üretecek şekilde ayarlayın. Osiloskopta maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli görüntülenecek şekilde işaret üretecininin genliğini arttırın. (4) Giriş sinyalinin frekansını 0Hz~20KHz arasında ayarlayın. VIN ve VOUT dalga şekillerini gözlemleyin ve VOUT ile f arasındaki ilişkiyi kaydedin. (5) İşaret üretecini yada walkman kulaklık çıkışını tekrar giriş ucuna bağlayın ve çıkış ucunda hala ses üretilip üretilmediğini gözlemleyin. 29

31 Deney Sonucu: Deney sonuçlarını Tablo 3 (b) ye kaydedin ve çıkış gücünü hesaplayın. Dalga şekli Vpp V V IN t V V OUT t Tablo 3(a) Maksimum bozulmasız çıkış gücü = VOp-p 2 / 8RL= AVO : VO ın maksimum olduğu AV değeri Tablo 3(b) 30

32 Şekil 9.3 Şekil blok b 31

33 Çift-uçlu push-pull yükselteç deneyi deneyi Deneyin Yapılışı: (1) Şekil 9.4 teki devre ve blok c bağlantı diyagramı yardımıyla kısa- devre klipslerini yerleştirin. +12V güç kaynağını bağlayın (OUT ucuna, 8Ω/1W lık bir direnç bağlanmalıdır). (2) Sükunet akımını ölçmek için ampermetre (A2) bağlayın (bu durumda A1 konumuna ampermetre yerine kısa devre klipsi yerleştirin). Eğer bu akım >>20mA ise, Q6 ve Q7 push-pull transistörleri kolayca ısınır. Bu durumda devreyi kontrol etmek için güç kaynağı kapatılmalıdır (VR1 bağlanmalıdır). (3) Olası yanlış bağlantıları kontrol etmenin yanında, güç kaynağı bağlıyken, voltmetre kullanılarak her bir transistörün VBE ve VCE gerilimleri ölçülmelidir. Aşağıdaki analiz yardımıyla, VBE ve VCE ye göre her bir transistörün durumu değerlendirilmelidir: 1. VBE >0.7V Transistörün B-E arası açık devredir. 2. VBE 0.2V VCE =0V Transistörün C-E arası kısa devredir. 3. VBE 0.6V VCE 0.2V Transistör doyumdadır. (4) Eğer 1 yada 2 durumu sözkonusuysa transistör değiştirilmelidir. 3 durumu sözkonusuysa, Şekil 9.4 te gösterildiği gibi, VR1 (VR1KΩ) ayarlanarak VBE (IB) ayarlanmalıdır. (5) Ampermetreyi A1 konumuna bağlayın ve VC1=VCC/2 olacak şekilde R15 (SVR 20KΩ) i ayarlayın. Ampermetredeki değişimi gözlemleyin. (6) A2 ampermetresinin gösterdiği değer yaklaşık 10mA olacak şekilde VR1 (VR10KΩ) i ayarlayın. (7) Giriş ucuna işaret üreteci ve osiloskop bağlayın. Çıkış ucuna da osiloskop bağlayın. (8) İşaret üretecini 500Hz lik sinüzoidal sinyal üretecek şekilde ayarlayın. Osiloskopta maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli görüntülenecek şekilde işaret üretecininin genliğini arttırın. (9) Osiloskop kullanarak, sırasıyla VB5, VC5 ve VB6 dalga şekillerini ölçün. 32

34 (10) VR1 (VR1KΩ) i 0Ω a ayarlayın ve VOUT dalga şeklinde geçiş bozulması oluşup oluşmadığını gözlemleyin. (11) TP8,TP9 u hoparlöre bağlayın ve bu yükseltecin giriş ucuna bağlı olan işaret üreteci çıkışını rastgele ayarlayın. Yüksek frekanslı yada büyük genlikli sinyal uygulandığında, ses yüksekliğinin değişip değişmediğini ve Q6,Q7 transistörlerinin aşırı ısınıp ısınmadığını gözlemleyin. (12) İşaret üreteci kaldırılıp, yükseltecin giriş ucuna parmak ile dokunulduğunda, hoparlörde bir vınlama üretilir (Parmakla dokunulunca giriş ucunda gürültü endüklenir). (13) Walkman kulaklık çıkışını, bu yükseltecin giriş ucuna bağlayın ve müzik dinleyin. Deney Sonucu: Deney sonuçlarını Tablo 4 e kaydedin ve maksimum bozulmasız çıkış gücünü hesaplayın. Statik test Sükunet akımı (A2) V BE5 V C5 V BE6 V BE7 33

35 Dinamik test P out 2 Vout ( p p), RL 8 8R L 34

36 Şekil 9.4 Şekil blok c.5 35

37 OTL yükselteç deneyi Deneyin Yapılışı: (1) KL modülünü, KL-200 Lineer Devre Deney Düzeneğine yerleştirin ve b bloğunun konumunu belirleyin. (2) Şekil 9.5 teki devre ve blok b bağlantı diyagramı yardımıyla kısa- devre klipslerini yerleştirin. Yük olarak 8Ω/20W lık direnç bağlayın. (3) Polaritesi Şekil 9-5 te gösterilen sükunet akımını ölçmek için, güç kaynağının giriş ucuna ampermetre bağlayın. (4) V+ güç kaynağını yavaşça 3V tan 18V a kadar ayarlayın ve sükunet akımını gözlemleyin. Sükunet akımı 20mA i aşarsa, sükunet akımı 20mA civarında kalacak şekilde, R8 (SVR500KΩ) i ayarlayın. Eğer bu ayar işe yaramazsa, öncelikle Adım (5) i gerçekleştirin. (5) A noktasının gerilimi (orta-nokta gerilimi) VCC/2=9V olacak şekilde, VR3 (VR100KΩ) ü ayarlayın (hata ±%2 yi aşmamalıdır). (6) Eğer orta-nokta gerilimi VCC/2 ye ayarlanamıyorsa ve sükunet akımı >>20mA ise (transistör aşırı ısınır), güç kaynağını kapatın. Öncelikle, herhangi bir transistörün kısa devre olup olamdığını kontrol etmek için, transistör ölçüm yöntemlerine göre omik test gerçekleştirin. (7) Statik test için güç kaynağına voltmetre (DCV) bağlayın. Orta-nokta geriliminin yanında, her bir transistörün VBE ve VCE gerilimleri sırasıyla ölçülmelidir. (8) Orta-nokta gerilimi ve sükunet akımı normal değerlere gelince, IN giriş ucuna işaret üreteci ve osiloskobu, OUT çıkış ucuna da osilokobu bağlayın. İşaret üretecini 1KHz lik sinüzoidal sinyal üretecek şekilde ayarlayın. Osiloskopta maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli görüntülenecek şekilde işaret üretecininin genliğini arttırın. (9) Osiloskop kullanarak, TP2, TP3, TP4, TP6, TP7 ve TP11 in dalga şekillerini ölçün. (10) R8 (SVR500Ω) i minimuma ayarlayın ve TP11 (OUT) dalga şeklinde geçiş bozulması oluşup oluşmadığını gözlemleyin. (11) R8 (SVR500Ω) i maksimuma ayarlayın ve Q3 ile Q4 ün aşırı ısınıp ısınmadığını gözlemleyin. Normal şartlarda, yükseltece giriş sinyali uygulandığında, Q3 ve Q4 bir miktar ısınmalıdır. 36

38 (12) Orta nokta gerilimi ve sükunet akımı normal koşullara ayarlandığında, çıkışa 8Ω/20W lık hoparlör, girişe de CD yada walkman gibi bir işaret kaynağı bağlayın ve müzik dinleyin. (13) İşaret kaynağını kaldırın ve yükseltecin giriş ucuna parmağınız ile dokunun. Hoparlörden düşük-frekans gürültüsü duyulur. Deney Sonucu: Her bir test noktası ve her bir transistörün VBE, VCE dalga şekillerini gözlemleyin. Aşağıdaki büyüklükleri kaydedin. Orta-nokta gerilimi (Va) Sükunet akımı (ICC) Vin Vout dalga şekli dalga şekli Va I CC Po V V in t V V out t Tablo 5 37

39 Şekil 9.5 (23006-blok b) 38

40 OTL ses yükselteç tümdevresi deneyi Deneyin Yapılışı: (1) Şekil 9.7(a) daki devre ve blok a bağlantı diyagramı yardımıyla kısa-devre klipslerini yerleştirin. Yük olarak 8Ω/0.5W lık bir direnç (R16) bağlayın. (2) İşaret üretecini VR2 ye ve VR2 yi INPUT giriş ucuna bağlayın (Tümdevrenin kazancı çok büyük olduğu için, giriş sinyalinin genliği düşük olmalıdır). INPUT giriş ucuna ve OUTA çıkış ucuna osilokop bağlayın. İşaret üretecini 1KHz lik sinüzoidal sinyal üretecek şekilde ayarlayın. Osiloskopta, bu tümdevre çıkışı için, maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli görüntülenecek şekilde işaret üretecininin genliğini arttırın. (3) Çıkışa 8Ω/0.5W lık hoparlör, girişe de walkman gibi bir işaret kaynağı bağlayın ve müzik dinleyin. 39

41 Deney Sonucu: V AV V V Po 8R out in 2 op p L Tablo 7(a) Şekil 9-7(a) (Şekil blok a) 40

42 DENEY SONUÇLARI Bu bölümde, aralarında RC bağlantılılı yükselteç ve tümdevre yükseltecin de bulunduğu çok katlı yükselteç deneyleri gerçekleştirilmiştir. Bu bölümde bir çok deney yapılmış olmakla birlikte, deneyi yapanlar, deney içeriklerinin birbirileriyle ilişkili olduğunu farkedecektir. OTL ve OCL yükselteçler, en bütünleşik ve örnek oluşturan yükselteç devreleri oldukları için, aşağıdaki değerlendirmede bu iki devreye odaklanılacaktır. Bir yükselteç devresi gerçekleştirileceği zaman, genellikle aşağıdaki iki problem ortaya çıkar: Transistörün aşırı ısınması (hatta yanması) Aşırı Gürültü Bu iki problemi çözmek için, devreyi doğru bir şekilde kurmanın yanında, aşağıdaki unsurlara da dikkat edilmelidir: (1) OTL yükseltecin çıkış katında kullanılan transistörler, düşük sızıntı akımına sahip ve aynı karakteristikli transistör çifti olarak seçilmelidir. OCL yükselteç için, hem çıkış katında hem de giriş diferansiyel katında, aynı karakteristiğe sahip transistör çiftleri kullanılmalıdır. (2) Düşük dalgalılık katsayılı bir güç kaynağı seçilmelidir. (3) Orta-nokta gerilimi, OTL yükselteç için VCC/2 ± %2; OCL yükselteç için yaklaşık 0V a, tam olarak ayarlanmalıdır. (4) Sükunet akımı uygun şekilde ayarlanmalıdır. Sükunet akımı çok yüksekse, transistör ısınır ve kolaylıkla doyum bozulması meydana gelir (büyük işaretin genliği kırpılır). Sükunet akımı çok düşükse, geçiş bozulması meydana gelir. Sükunet akımının tam olarak anlamı, giriş işareti uygulanmadığı durumda yükselteç tarafından çekilen akımdır. Genelde en fazla akımı çıkış katındaki tansistörler çektiği için, çıkış katındaki güç transistörlerinin öngerilimini ayarlama işleminde, sükunet akımı da kontrol edilerek ayarlanmalıdır. Bu ayarlama işleminin anahtar noktaları şunlardır: Öncelikle VR yi (öngerilim devresinde), minimum sükunet akımı değerine karşılık gelen, minimum değerine getirin (akımı gözlemlemek için ampermetre bağlayın). Giriş işaretini uygulayıp, bu yükseltecin çıkışı maksimum olacak şekilde gerilimi yavaşça arttırın (genlik maksimum olur, ancak geçiş bozulması bulunur). 41

43 Geçiş bozulması ortadan kalkıncaya kadar, VR yi yavaşça daha büyük değere (daha büyük sükunet akımına neden olur) ayarlayın ve dalga şeklindeki değişimi izleyin. Tepe hafifçe kırpılmışsa, giriş işaretinin gerilimini azaltın ya da güç kaynağının gerilimini biraz arttırın. Yukarıdaki prosedür yardımıyla, geçiş bozulmasını ortadan kaldıran ancak hala çok küçük bir akım tüketen sükunet akımı ayarlanabilir. Tipik sükunet akımı aralığı için Tablo 1 e bakın. Transistörün maksimum kollektör güç tüketimi (Pcmax) 1W~3W 3W~10W 10W~30W 30W~100W Uygun çalışma akımı 1mA~5mA 3mA~5mA 5mA~10mA 10mA~30mA Tablo 1 OTL devresine kıyasla, OCL devrelerde transistörlerin yanması daha kolaydır. Ayrıca, devredeki anormal bir durumda, orta-nokta geriliminin 0V tan kaymasıyla hoparlör kolaylıkla zarar görebileceği için, orta-nokta gerilimi anormal olduğu zaman hoparlörün zarar görmesini önlemek için, OCL yükseltecin çıkış ucuna hoparlör koruyucu yada sigorta eklenir. OTL yükselteçte DC bileşenleri izole etmek için Co kondansatörü kulanıldığı için, hoparlör koruyucuya gerek duyulmaz.ocl yükselteçte Co kondansatörü kaldırıldığı için, bu yükselteç çok iyi frekans tepkisine sahiptir. Tümdevrelerin yanma olasılığını azaltmak için, IC yükselteçte yaygın olarak OTL konfigürasyonu kullanılmaktadır. Şekil 9-5 teki OTL yükselteçte gösterildiği gibi, R14 ve C2 den oluşan ters bağlantı devresi, dalgalılığı engelleyerek, düşük frekanslı salınım oluşmamasını sağlar. Reaktans-arttırıcı kondansatör olarak adlandırılan C4 kondansatörü, devredeki R7 direncinin AC empedansını arttırmak için kullanılır ve böylece pozitif alternansta genlik, R7 nedeniyle zayıflamamış olur. 42

44 2. DENEY : FET Lİ YÜKSELTEÇ DEVRELERİ 2.1. Açıklayıcı Bilgiler Deneyin Amacı FET li yükselteç devrelerinin öngerilim düzenlemesini anlamak. Çeşitli FET li yükselteç devrelerinin prensiplerini anlamak Ön Bilgi Yeni Terimler : FET in en önemli üç parametresi aşağıda tanımlanmıştır: 1.g m (geçiş iletkenliği) = δi d δv gs V ds =sabit i d V gs V ds =0 2. r d (akaç direnci) = δv ds δi d V gs =sabit = i d V gs V ds = i d V V ds gs =0 i d V gs =K 3. µ(yükseltme faktörü) = δv ds δv gs i d =sabit V ds V gs i d =0 V ds =K = V ds V gs i d =K Yukarıdaki formüllerde kullanılan: i d : akaç akımı (AC küçük işaret) V gs : G ile S arasına uygulanan AC gerilim (küçük işaret) V ds : D ile S arasında üretilen AC gerilim FET için öngerilim düzenlemesi: a. JFET için sabit öngerilim düzenlemesi JFET için sabit öngerilim düzenlemesi Şekil 2.1(a)(b)'de gösterilmiştir. Şekil 2.1(a) da, sabit öngerilimli p-kanallı FET devresi gösterilmiştir. Burada V DD, V DS ve I D yi meydana getirirken V GG ise V GS yi oluşturur. Şekil 2.1(b) de akaç karakteristik eğrisi ve çalışma noktası gösterilmiştir. Çıkış devresinin çevre gerilimleri denklemi V DD =I D R D +V DS ile DC yük doğrusu çizilebilir ve çalışma noktasının konumu belirlenebilir. I D = 0 iken, V DD = V DS (A noktası) V DS = 0 iken, I D = V DD / R D = 20V / 2.5K = 8mA (B noktası). A ve B noktaları arasına çizilecek doğru, DC yük doğrusudur. I G 0 olduğu için (R i çok büyük), V RG 0V ve V GS = V G V S = V GG = 2V Çalışma noktası, DC yük doğrusu ile V GS = 2V a karşılık gelen eğrinin kesişim noktası Q 43

45 bulunarak belirlenebilir. Q noktası (V DSQ, I DQ ) aynı zamanda aşağıdaki iki denklem kullanılarak da hesaplanabilir: V DSQ = V DD I DQ R D I DQ = I DSS (1 V GSQ /V P ) 2 (a) (a) P-kanallı FET için sabit öngerilim devresi Şekil 2.1 (b) Karakteristik eğri ve çalışma noktrası b. JFET için kendinden öngerilimli düzenleme JFET için kendinden öngerilimli düzenleme Şekil 2.2(a)(b)'de gösterilmiştir. Akaca uygulanan tek bir VDD gerilim kaynağı mevcuttur ve uygun bir çalışma noktası elde etmek için, kapı-kaynak arasında kendinden öngerilim oluşturulabilir. Ri çok büyük olduğu için, IG 0, VRG=0=VG, VS=IS RS ID RS, VGS=VG-VS=0-VS= -ID RS. Yük doğrusunun çizilmesi: a. Çıkış devresinin çevre gerilimleri denkleminden: VDD= IDRD+VDS+IDRS b. ID= 0 iken, VDS=VDD= 12V (A noktası) c. VDS= 0 iken, I D = V DD 12 V = R D +R S 3 K = 4 ma (B noktası) d. A ve B noktaları arasına çizilecek doğru, DC yük doğrusudur. Çalışma noktası, VGS eğrisi ile bu yük doğrusunun kesişimidir. (a) Kendinden öngerilim devresi Şekil 2.2 (b) Karakteristik eğri 44

46 c. JFET için gerilim bölücülü öngerilim düzenlemesi Şekil 2.3 te JFET için gerilim bölücülü öngerilim devresi gösterilmiştir. Bu devrede, VG nin artık sıfır olarak ayarlanmaması dışında, VSG ve ID çözümleri kendinden öngerilimli devreninkilerle aynıdır. V G = V DD R 2 R 1 +R 2 ; V GS = V G I D R S ; I DQ = I DSS (1 V GSQ /V P ) 2 Şekil 2.3 JFET için gerilim bölücülü öngerilim devresi d.mosfet için gerilim bölücülü öngerilim düzenlemesi Bu devre, hem kanal-ayarlamalı hem de kanal-oluşturmalı MOSFET e uygulanabilir. Şekil 2.4 te, n-kanallı kanal ayarlamalı MOSFET için gerilim bölücülü öngerilim devresi gösterilmiştir. Thevenin teoreminden ; R G2 V GQ = V DD R G1 + R G2 V GSQ = V G V S = V G V DSQ = V DD I D (R S + R D ) I DQ = I DSS (1 V GS /V P ) 2 Şekil 2.4 n-kanallı kanal ayarlamalı MOSFET için gerilim bölücülü öngerilim devresi 45

47 FET yükseltme (küçük sinyal analizi) ve FET li yükselteç uygulaması, üç ayrı konfigürasyonla gerçeklenebilir: Ortak Kaynak (CS) CE (transistör) a. CS yükselteç Ortak Akaç (CD) Ortak Kapı (CG) Şekil 2.5(a)(b) de gösterilmiştir. CC (transistör) CB (transistör) A v = V 0 V S = µr D r d +R D = g m R d R d = r d //R D Z 0 = r d + (1 + µ)r S Z 0 = R D //Z 0 Çıkış fazı 180 o ters çevrilmiştir. b. CD yükselteç (a) CS yükselteç Şekil 2.6 (a)(b) de gösterilmiştir. Şekil 2.5 (b) CS yükselteç için eşdeğer devre A v = V 0 = µ 1 (1 den biraz küçük) V S 1+π Z 0 = R D+r d 1+µ 1 çok küçüktür. Z 0 = Z 0 //R S Çıkış sinyalinin fazı giriş sinyaliyle aynıdır. Zi çok büyüktür (Zi = ). (a) CD yükselteç Şekil (b) CD yükselteç için eşdeğer devre

48 Gerilim kontrollü (değişken) direnç olarak FET (VVR veya VCR) a) Şekil 2.7(a) da gösterilen akaç karakteristik eğrisinden şu sonuçlar elde edilebilir: FET, VDS nin çok küçük ancak yine de kısmanın ötesinde olduğu omik bölgede çalışırken, akaç akımı, VDS akaç- kaynak gerilimiyle doğru orantılıdır. Diğer bir ifadeyle, akaç-kaynak arasındaki kanalın direnci, VGS tarafından kontrol edilir ve FET, direnci kontrol etmek için gerilimin kullanıldığı gerilim-ayarlı direnç (VVR) gibi davranır. b) Şekil 2.7(b) de, FET in gerilim kontrollü direnç olarak çalışması için uygun olan düşük seviye bölgesindeki yükseltme parçası gösterilmiştir. Her bir eğrinin eğimi rd yi temsil ettiği için rd nin GS kontrol geriliminin bir fonksiyonu olup olmadığı anlaşılabilir. Örmeğin VGS = 0 için eğim çok fazla ve direnç minimumken, VGS =-6V için eğim çok düşük ve direnç maksimumdur. Şekil 2.7(b) de gösterilen FET direncinin kontrol gerilimine bağlı değişimi, Şekil 2.7(c) deki eğri ile de gösterilebilir. Burada rd nin VGS ile birlikte arttığı ancak bu artışın doğrusal olmadığı açıkça görülmektedir. VVR olarak kullanılan çalışma bölgesi (a) (b) (c) Şekil 2.7 (a) ve (b) VVR olarak kullanılan FET'in çalışma durumu (c) kontrol gerilimine göre direncin değişimi 47

49 2.2. Deneyin Yapılışı Kullanılacak Elemanlar KL-200 Lineer Devre Deney Düzeneği Deney Modülü: KL Ölçü Aletleri: 1. Osiloskop Multimetre İşaret üreteci Araç: Temel el araçları. Malzemeler: KL (a,b) de gösterildiği gibi JFET CS (Ortak Kaynaklı) Yükselteç Kendinden Öngerilimli CS (Ortak Kaynaklı) Yükselteç (1) KL modülünü, KL-200 Lineer Devre Deney Düzeneğine yerleştirin ve c bloğunun konumunu belirleyin. (2) Şekil 2.8(a) daki devre ve blok c.1 bağlantı diyagramı yardımıyla kısadevre klipslerini yerleştirin. R12=3.3KΩ C3=22µF (3) Voltmetre kullanarak (DC kademede) VGS ve VD yi ölçün ve kaydedin. (4) IN giriş ucuna işaret üreteci ve OUT çıkış ucuna osiloskop bağlayın. (5) İşaret üretecini 1KHz lik sinüzoidal sinyal üretecek şekilde ayarlayın. Osiloskopta maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli görüntülenecek şekilde işaret üretecininin genliğini arttırın. Bu durumda çıkış işareti ve IN giriş ucundaki giriş işareti dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. (6) R12 direncini R16 (6.8KΩ) ile değiştirin ve Adım (3) (4) (5) i tekrarlayın. (7) R12 yi yeniden devreye bağlayıp, C3=22µF ı devreden çıkarın. Adım (5) i tekrarlayın. Deney sonucunu Tablo 2-1 e kaydediniz. 48

50 49

51 Tablo 2-1 Şekil 2.8 (a) Şekil blok c.1 50

52 Gerilim Bölücülü Öngerilimli CS (Ortak Kaynaklı) Yükselteç (1) Şekil 2.9(a) daki devre ve blok c.2 bağlantı diyagramı yardımıyla kısadevre klipslerini yerleştirin.c3=22µf (2) Voltmetre (DCV) kullanarak, VGS ve VD yi ölçün ve kaydedin. (3) IN giriş ucuna işaret üreteci ve OUT1 çıkış ucuna osiloskop bağlayın. (4) İşaret üretecini 1KHz lik sinüzoidal sinyal üretecek şekilde ayarlayın. Osiloskopta maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli görüntülenecek şekilde işaret üretecininin genliğini arttırın. Bu durumda çıkış işareti ve IN giriş ucundaki giriş işareti dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. (5) C3 ü devreden çıkartın ve Adım (4) ü tekrarlayın. Deney sonuçlarını Tablo 2-2 ye kayıt ediniz. Şekil 2.9(a) 51

53 Şekil blok c JFET CD (Ortak Akaçlı) Yükselteç Kendinden Öngerilimli CD (Ortak Akaçlı) Yükselteç (1) Şekil 2.10(a) daki devre ve blok c.3 bağlantı diyagramı yardımıyla kısadevre klipslerini yerleştirin. (2) Voltmetre kullanarak VG ve VS gerilimlerini ölçün. VGS=? (3) IN giriş ucuna işaret üreteci ve OUT2 çıkış ucuna osiloskop bağlayın. (4) İşaret üretecini 1KHz lik sinüzoidal sinyal üretecek şekilde ayarlayın. Osiloskopta maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli görüntülenecek şekilde işaret üretecininin genliğini arttırın. Bu durumda çıkış işareti ve IN giriş ucundaki giriş işareti dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. Deney sonucunu Tabla 2-3 e kaydediniz. 52

54 Tablo

55 Şekil 2.10(a) Şekil blok c Gerilim Bölücülü Öngerilimli CD (Ortak Akaçlı) Yükselteç (1) Şekil 2.11(a) daki devre ve blok c.4 bağlantı diyagramı yardımıyla kısadevre klipslerini yerleştirin. (2) Voltmetre kullanarak VG ve VS gerilimlerini ölçün. VGS=? (3) IN giriş ucuna işaret üreteci ve OUT2 çıkış ucuna osiloskop bağlayın. (4) İşaret üretecini 1KHz lik sinüzoidal sinyal üretecek şekilde ayarlayın. Osiloskopta maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli görüntülenecek şekilde işaret üretecininin genliğini arttırın. Bu durumda çıkış işareti ve IN giriş ucundaki giriş işareti dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. Deney sonucunu Tablo 2-4 e kaydediniz. 54

56 Tablo 2-4 Şekil 2.11(a) 55

57 Şekil blok c MOSFET Yükselteç Kendinden Öngerilimli MOSFET Yükselteç (1) Şekil 2.12(a) daki devre ve blok d.1 bağlantı diyagramı yardımıyla kısadevre klipslerini yerleştirin. C7=22µF (2) Giriş ucuna işaret üreteci ve çıkış ucuna osiloskop bağlayın. (3) İşaret üretecini 1KHz lik sinüzoidal sinyal üretecek şekilde ayarlayın. Osiloskopta maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli görüntülenecek şekilde işaret üretecininin genliğini arttırın. Bu durumda çıkış işareti ve IN giriş ucundaki giriş işareti dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. (4) C7 yi devreden çıkartın ve Adım (3) ü tekrarlayın. Deney sonucunu Tablo 2-5 e kaydediniz. Tablo

58 Şekil 2-12(a) Şekil blok d Gerilim Bölücülü Öngerilimli MOSFET Yükselteç (1) Şekil 2.13(a) daki devre ve blok d.2 bağlantı diyagramı yardımıyla kısadevre klipslerini yerleştirin. C7=22µF (2) Giriş ucuna işaret üreteci ve çıkış ucuna osiloskop bağlayın. (3) İşaret üretecini 1KHz lik sinüzoidal sinyal üretecek şekilde ayarlayın. Osiloskopta maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli görüntülenecek şekilde işaret üretecininin genliğini arttırın. Bu durumda çıkış işareti ve IN giriş ucundaki giriş işareti dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. (4) C7 yi devreden çıkartın ve Adım (3) ü tekrarlayın. Deney sonucunu Tablo 2-6 ya kaydediniz. 57

59 Tablo 2-6 Şekil 2.13(a) Şekil blok d.2 58

60 2.3. Raporda İstenenler Elde ettiğiniz sonuçları yorumlayarak sonuç grafik ve/veya tablolarını raporunuza işleyiniz. Raporunuzu, bir sonraki deney saatinde teslim edilmek üzere yanınızda bulundurunuz. 59

61 3. DENEY: GERİLİM REGÜLATÖRÜ/SABİT AKIM DEVRESİ DENEYİ 3.1. Açıklayıcı Bilgiler Deneyin Amacı Gerilim regülatörü devresinin prensibini anlamak. Sabit akım devresinin prensip ve uygulamasını anlamak Ön Bilgi Yeni Terimler : (1) Giriş gerilimi regülasyonu: Giriş gerilimindeki %10 luk bir değişime karşılık regüle edilmiş çıkış gerilimindeki (DCV) değişim olarak tanımlanır ( V/V on, burada V on, giriş gerilimin kararlı olduğu durumdaki V o ı ifade eder). (2) Yük regülasyonu: Yük regülasyonu, yüksüz ve tam-yük durumları arasında çıkış gerilimindeki değişim olarak tanımlanır. Yük regülasyonu, yüksüz gerilim tamyük gerilimi tamyük gerilimi katsayısı olarakta adlandırılır. (3) Dalgalılık: *100 şeklinde ifade edilir ve gerilim regülasyon Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi dalgalılık, doğrultucu devre çıkışındaki titreşimli DC gerilimin kondansatörle filtrelenmesi sonucu elde edilen DC gerilimde var olan AC bileşendir. (dalgalılık) Gerilim regülatörü devresinin temel kavramı: gerilim regülatörü devresi yük Güç kaynağı gerilimindeki değişime karşın, çıkış geriliminin sabit kalması gerekir. 60

62 Yük akımındaki değişime karşın, çıkış geriliminin sabit kalması gerekir. a) Yükselteç için geribesleme Devre, Şekil 3.1 de gösterilmiştir. Güç kaynağı gerilimi E yada yük akımı I L değiştiğinde, çıkış geriliminin sabit kalması gerekir. Örnek 1 Şekil 3.1 Şekil 3.1 deki devrede, Z D zener gerilimi 6.2V, R=1KΩ, RL=2KΩ ve E=12V dur. I R I Z ve I L yi hesaplayın. Örnek 2 I R = E V Z R = K = 5.8 ma I L = V Z = 6.2V = 3.1 ma R 2K I z = I R I L = 5.8mA 3.1mA = 2.7mA Örnek 1 deki E değerini 20V olarak değiştirin, I R I Z ve I L yi hesaplayın. I R = K I L = 6.2V 2K = 13.8 ma = 3.1 ma I z = I R I L = 13.8mA 3.1mA = 10.7mA Örnek 3 Örnek 1 deki RL değerini 1.5KΩ olarak değiştirin, I R I Z ve I L yi hesaplayın. I R = K = 5.8 ma I L = 6.2V = 4.1 ma 1.5K I z = I R I L = 5.8mA 4.1mA = 1.7mA Yukarıdaki üç örnekten: Güç kaynağı yada R L değiştiğinde, V 0 = V Z, 6.2V kalmaya devam ederken, sadece I Z akımı değişir. I Zmax ve I Zmin de sınırlamalar olduğuna dikkat edilmelidir. Örnek 4 Örnek 1 de, P Zmax = 1W ve V Zmin = 5.6V özelliklerine sahip bir zener diyot kullanılırsa: 61

63 P Zmax = 1W ve V Zmin = 5.6V I Zmax = P Zmax V Z = 1W 6.2V = 150mA Eğer IZ > IZmax olursa, zener diyot yanar. V Zmin = 5.6V R L V L = E R + R L Eğer V L < V Zmin olursa, Zener diyot gerilim regülatörü olarak görev yapamaz. 5.6V = 12 R L 1K+R L R L = 5.6K KΩ I Zmin = I R I L = 12V 5.6V 1K 5,6V = 6,4mA 6,2mA = 0,2mA 0,9K b) Daha büyük çıkış akımlı gerilim regülatörü devresi Şekil 3.2 V CC, V Z den 2V büyük olmalıdır. Örnek 4 e göre: R L direnç değerinin küçülmesi, I Z nin azalmasına ve gerilim regülatörünün çalışmamasına neden olur. Şekil 3.2 de gösterilen devre, bu dezavantajı ortadan kaldırabilir. V 0 = V Z V BE olduğu için, I L I C, I R yi artık I Z ile paylaşmayacaktır. Aynı zamanda, I R = I B + I Z olduğu için, çok küçük değerli I B nin, I Z ye etkisi de çok küçük olacaktır. Daha da büyük bir akım sağlanmak isteniyorsa, bu, normal transistör darlington transistör ile değiştirilerek gerçekleştirilebilir. c) Değişken, regüleli güç kaynağı Devre Devre Şekil 3.3 de gösterilmiştir. 62

64 Şekil 3.3 Prensip: V i arttığında, V 0, V B1, I B1, I C1, I B2 (I I C1 ), I E2 (I B3 ), I E3, I L, V 0. Böylece gerilim regülasyonu gerçekleştirilmiş olur. R L küçüldüğünde, V 0, V B1, I B1, I C1, I B2, I E2, I E3, I L, V 0. Böylece gerilim regülasyonu gerçekleştirilmiş olur. R S daha büyük bir direnç değerine ayarlandığında, V 0 azalır. VR5 daha büyük bir direnç değerine ayarlandığında, V B1, I B1, I C1, I B2, I E2, I E3, I L, V 0. Aksine, R E daha küçük bir direnç değerine ayarlandığında, V 0. d) Sabit akım devresi V E = V Z V BE V BE sabit (0.6V) V E sabit olur ve I E = V E R E sabit olur. I E I L e) Akım sınırlamalı gerilim regülatörü devresi Devre, Şekil 3.5 te gösterilmiştir. 63

65 Prensip: Şekil 3.5 Akım sınırlamalı gerilim regülatörü devresi Şekil 3.5 te gösterildiği gibi, R L akım sınırlama direnci ve Q 1 akım sınırlama transistörüdür. I C3 = 0,6A iken, V R1 = I C3 R 1 = 0.6A 0.1Ω = 0.6V V BE1 = V R1 = 0,6V. Q 1 in çalışması I C1 akımına neden olur. I C3 = I I C1 dir ve I C3 azaldığında, I 0 = I E3 I C3 0.6A ile sınırlanmış olur. Sınır akımı = 0.6V/R 1 = 0.6V/1Ω = 0,6A = 0.6V/1Ω=0.6A. f) Gerilim regülatörü devresinin özellikleri Özellikler 1 gerilim regülasyonu olabildiğince küçük 2 yük regülasyonu olabildiğince küçük 3 dalgalılık katsayısı olabildiğince küçük 4 aşırı-akım koruması 5 çıkış gerilimi aralığı Gerilim regülasyonu: Giriş gerilimindeki değişime karşılık, çıkış gerilimindeki değişim. Yük regülasyonu: Yük akımındaki değişime karşılık, çıkış gerilimindeki değişim. g) Tipik IC gerilim regülatörü için genel bilgiler 1) 78 Serisi 2) 79 Serisi 64

66 3.2. DENEYİN YAPILIŞI Kullanılacak Elemanlar KL-200 Lineer Devre Deney Düzeneği Deney Modülü: KL Ölçü Aletleri: 1. Multimetre 2. Osiloskop Araç: Temel el araçları. Malzemeler: KL da gösterildiği gibi Temel gerilim regülatörü deneyi (1) Şekil 3.6(a) daki devre ve blok c.1 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. Ampermetre sayısı yeterli değilse, ölçüm yapılmayan ampermetre yerine, geçici olarak kısa devre klipsi takılabilir. (2) VR2(VR10K) yi maksimuma ayarlayın ve güç kaynağı gerilimini 3V~18V arasında ayarlayın. Voltmetre ve ampermetrede gösterilen değerleri (I L, I Z ve V 0 ) kaydedin. (3) Güç kaynağı gerilimini 12V a ve VR2 yi 0Ω dan 10KΩ a ayarlayın. Voltmetre ve ampermetrede gösterilen değerleri (I L, I Z ve V 0 ) kaydedin. (4) Şekil 12.6(b) deki devre ve blok c.2 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. (5) E=18V için, Adım (2) ve (3) ü tekrarlayın. (6) Şekil 12.6(c) deki devre ve blok c.3 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. (7) E=18V için, Adım (2) ve (3) ü tekrarlayın. Deney sonuçlarını Tablo 3-1(a) (b) (c) ye kaydedin. V 0 < 6.2V iken, E değerini gözlemleyin, I Z =? V 0 = 6.2V iken, E değerini gözlemleyin. 65

67 V 0 < 6.2V iken, VR2 değerini gözlemleyin, I Z =? Tablo 3-1(a) V 0 < 10 V iken, E değerini gözlemleyin, I Z =? V 0 < 10 V iken, VR2 değerini gözlemleyin, I Z =? Tablo 3-1(b) V 0 < 12.4 V iken, E değerini gözlemleyin, I Z =? 66

68 V 0 < 12.4 V iken, VR2 değerini gözlemleyin, I Z =? Tablo 3-1(c) (a) (b) (c) Şekil 3.6 Şekil blok c.1 67

69 Şekil blok c.2 Şekil blok c Zener diyot / transistör deneyi (1) Şekil 3.7(a) daki devre ve blok d.1 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. R14 (100Ω) ü ve 18V güç kaynağını bağlayın. (2) Ampermetre ve voltmetre bağlayarak, I C ve V 0 ıölçün. (3) R14 ü R15 (1KΩ) ile değiştirin. Ampermetre ve voltmetre bağlayarak, I C ve V 0 ıölçün. (4) R15 i R16 (10KΩ) ile değiştirin. Ampermetre ve voltmetre bağlayarak, I C ve V 0 ıölçün. (5) 3V~18V a ayarlı güç kaynağı ve R E =R15=1KΩ için, Adım (2) yi tekrarlayın. Gerilim regülasyonunun aktive olduğu kaynak gerilimini belirleyin. (6) Şekil 3.7(b) deki devre ve blok d.2 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. 18V güç kaynağını bağlayın ve Adım (2),(3) (4) ü tekrarlayın. (7) 3V~18V a ayarlı güç kaynağı ve R E =R15=1KΩ için, Adım (2) yi tekrarlayın. Gerilim regülasyonunun aktive olduğu kaynak gerilimini belirleyin. 68

70 Şekil 12.7(a) Şekil 12.7(b) Deney sonuçlarını Tablo 3-2 (a) (b) ye kaydedin. 69

71 V 0 ın kararlı hale geldiği gerilimi belirleyin. V 0 ın kararlı hale geldiği gerilimi belirleyin. Tablo Ayarlanabilir gerilim regülatörü (1) Şekil 3.8 deki devre ve blok e.1 bağlantı diyagramına göre kısa- devre klipslerini yerleştirin. +18V güç kaynağını bağlayın. (2) Voltmetre (DCV) kullanarak, sırasıyla TP2(V Z ), TP4(V b9 ) ve TP5(V 0 ) i ölçün. (3) VR2(VR10K) yi A konumuna ayarlayın. TP2, TP4 ve TP5 teki gerilim değişimlerini gözlemleyin ve kaydedin. (4) VR2(VR10K) yi C konumuna ayarlayın. TP2, TP4 ve TP5 teki gerilim değişimlerini gözlemleyin ve kaydedin. (5) VR2(VR10K) yi B konumunda sabitleyin ve güç kaynağını daha düşük bir gerilime ayarlayın. Aşağısında, V 0 ın artık sabit kalmadığı, kaynak gerilimini belirleyin. Deney sonuçlarını Tablo 3-3 e kaydedin. Tablo 3-3 Şekil 3.8 Ayarlanabilir gerilim regülatörü 70

72 Şekil blok e Akım-sınırlamalı gerilim regülatörü (1) Şekil 3.9 daki devre ve blok a.1 bağlantı diyagramına göre kısa- devre klipslerini yerleştirin. E1=18V ve E2=5V güç kaynaklarını bağlayın. (2) Voltmetre (DCV) kullanarak V OUT (TP9) u ölçün ve V OUT maksimum olacak şekilde R 6 yı ayarlayın. (3) Voltmetre (DCV) kullanarak, TP3 (V C2 ), TP4 (V B2 ) ve TP7 (V B3 ) gerilimlerini ölçün ve kaydedin. (4) Voltmetre (DCV) kullanarak, V OUT (TP9) u ölçün ve V OUT minimum olacak şekilde R 6 yı ayarlayın. (5) Adım (3) ü tekrarlayın. (6) Voltmetre (DCV) kullanarak V OUT (TP9) u ölçün ve VR2(VR10K) yükünü ayarlayarak V OUT un değişip değişmediğini gözlemleyin. (7) Çıkış ucunu kısa devre yapmak için, çıkış ucuna bir ampermetre (1A) bağlayın. Ampermetrede gösterilen değeri (sınır akım değeri) gözlemleyin ve kaydedin (bu ölçümü kısa sürede gerçekleştirin, yoksa transistör yanabilir). (8) Deney sonuçlarını Tablo 3-4 e kaydedin. I 0max = (sınır akım) Tablo

73 Şekil 3.9 Adım (7) Şekil bloka IC gerilim regülatörü deneyi ±5V Dual güç kaynağı (1) Şekil 3.10 daki devre ve blok b.1 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. (2) Köprü doğrultucunun IN1 ve IN2 girişlerine AC 9V bağlayın. (3) Osiloskop kullanarak OUT1 (TP2-toprak) ve OUT2 (TP5-toprak) gerilimlerini ölçün ve kaydedin. (4) Osiloskop kullanarak, TP1 ve TP3 gerilimlerini ölçün. (5) Osiloskop (ACV) kullanarak, TP1, TP2, TP3 ve TP5 teki dalgalılıkları ölçün. Deney sonuçlarını Tablo 3-5 e kaydedin. 72

74 Ölçüm noktası Gerilim tipi Dalgalılık Tablo 3-5 Şekil blok b Sabit akım devresi (1) Şekil 3.11 deki devre ve blok c.1 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. (2) Ampermetreyi bağlayın. VR1 i ayarlayarak ampermetrede gösterilen değeri gözlemleyin. Deney sonuçlarını aşağıdaki Tablo 3-6 ya kaydedin. Akım Tablo

75 Şekil 3.11 (Şekil blok c.1) 3.3. Raporda İstenenler Elde ettiğiniz sonuçları yorumlayarak sonuç grafik ve/veya tablolarını raporunuza işleyiniz. Raporunuzu, bir sonraki deney saatinde teslim edilmek üzere yanınızda bulundurunuz. 74

76 4. DENEY : TRANSİSTÖR İÇİN NEGATİF GERİBESLEME 1.1. Hazırlık Çalışması Deneye gelmeden önce aşağıdaki soruları çözerek kısa bir rapor yazınız. 1. Açık çevrim kazancı Ao= 100, giriş empedansı 10kΩ, çıkış empedansı 20kΩ olan kuvvetlendirici devresine, geribesleme faktörü β= 0.1 olan, seri-gerilim geribeslemesi uygulanmıştır. Buna göre geribeslemeli kuvvetlendiricinin gerilim kazancını, giriş ve çıkış empedansını hesaplayınız. 2. Açık çevrim kazancı Ao=1000 ve geribesleme faktörü β=0.1 olan geribeslemeli kuvvetlendirici devresinin kazancını (Af) bulunuz. Açık çevrim kazancının, a. Ao=500 b. Ao=250 olduğu durumda geribeslemeli devrenin kazancını (Af) hesaplayınız. Sonuçları yorumlayınız Açıklayıcı Bilgiler Deneyin Amacı: 1. Negatif geribesleme devresi kavramını anlamak. 2. Negatif geribesleme devrelerinin prensiplerini anlamak. 3. Negatif geribesleme devrelerinin işlevlerini anlamak Ön Bilgi Geribeslemeli sistemin genel blok diyagramı Şekil 1 de görülmektedir. Vs giriş sinyali, bir karıştırma devresine uygulanır ve bu arada βvo geribesleme sinyali ile birleştirilir. Bu sinyallerin farkı olan Vi, daha sonra yükseltece giriş gerilimi olarak uygulanır. Yükselteç çıkışının bir kısmı, giriş karıştırıcı devresine geribesleme sinyalini uygulayan geribesleme devresine (β) bağlanır. Şekil 1. Geribeslemeli sistemin genel blok diyagramı 75

77 Geribeslemeli sisteme ilişkin kazanç: A f = A 0 1+ βa 0 Burada A 0, geribeslemesiz kuvvetlendirici devresinin kazancı olup aynı zamanda açık çevrim kazancı olarak da ifade edilir. A f ise geribeslemeli kuvvetlendirici devresinin kazancıdır. βa 0 büyüklüğüne bağlı olarak sistemden elde edilen performans farklılık gösterir. βa 0 = 0 ise sistemde geribesleme yoktur. βa 0 > 0 ise sistemde negatif geri besleme vardır. βa 0 < 0 ise sistemde pozitif geri besleme vardır. βa 0 = -1 ise sistem osilasyon yapar. Negatif Geribesleme: A f < A 0 Negatif geri besleme sistemler üzerinde bazı iyileştirici etkileri olduğundan oldukça sık karşılaşılan bir uygulamadır. Negatif geri besleme ile elde edilen gerilim kazancı, geribeslemesiz gerilim kazancına oranla oldukça düşüktür. Ancak bu kazanç kaybına karşılık yüksek bir giriş empedansı, düşük bir çıkış empedansı, daha kararlı bir kuvvetlendirici kazancı ve daha yüksek bir kesim frekansı elde etmek mümkündür. Kararlılığın artması ile birlikte aktif devre elemanındaki ısıl değişimler, zamanla parametrelerdeki değişimler ve gürültülerin etkisi azaltılmış olur. Bir transistörlü kuvvetlendiriciye, çıkış gerilim veya akımıyla orantılı bir gerilimin girişe seri ya da akımın paralel olarak getirilmesiyle geribesleme uygulanması mümkündür. Bu durumda dört farklı geribesleme tipinin var olduğu açıktır: Seri gerilim geribeslemesi Seri akım geribeslemesi Paralel gerilim geribeslemesi Paralel akım geribeslemesi 76

78 1.3. Deneyin Yapılışı Kullanılacak Elemanlar 1) KL-200 Lineer Devre Deney Düzeneği 2) Deney Modülü: KL ) Ölçü Aletleri: 1. İşaret üreteci 2. Osiloskop 3. Multimetre 4) Araç: Temel el araçları. 5) Malzemeler: KL te gösterildiği gibi Ortak Emiter Yükselteç Deneyi 1) KL modülünü, KL-200 Lineer Devre Deney Düzeneğine yerleştirin ve b bloğunun konumunu belirleyin. 2) Şekil 1.2 deki devre ve blok b.1 bağlantı diyagramına göre kısadevre klipslerini yerleştirin. Negatif geribesleme bağlı değildir (C14-R31 devresine kısa devre klipsi bağlı değil). 3) Multimetre (DCV) kullanarak, VC10 ve VC9 gerilimlerini (Q10 ve Q9 kollektör gerilimleri) ölçün. 4) IN3 giriş ucuna işaret üreteci ve osiloskop, OUT çıkış ucuna osiloskop bağlayın. Osiloskopta, 1KHz lik, maksimum, bozulmasız sinüzoidal sinyal elde edilecek şekilde işaret üretecini ayarlayın. OUT ucunda maksimum, bozulmasız dalga şekli üretildiğinde, osiloskop kullanarak IN3 ve OUT dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. 5) Osiloskop kullanarak TP3 ve TP7 dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. 6) Negatif geribesleme devresini bağlayın (C14-R31 devresine kısa devre klipsi bağlayın). 7) Adım (3) (4) (5) i tekrarlayın. 8) İşaret üretecinin çıkışını 10Hz~20KHz arasında ayarlayın ve hem negatif geribeslemesiz hemde negatif geribeslemeli devrelerin VIN ve VOUT dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. Bu iki devrenin frekans tepkilerini karşılaştırın. Frekans tepkisi eğrilerini (AV-f) Tablo 1-1 (b) (c) ye kaydedin. Deney sonuçlarını Tablo 1-1(a) (b) (c) ye kaydedin ve negatif geribeslemesiz ve negatif geribeslemeli devreler arasındaki farkları karşılaştırın. 77

79 Şekil

80 79

81 Tablo 1.1 (a) (b) Negatif geribeslemesiz devrenin frekans tepkisi (c) Negatif geribeslemeli devrenin frekans tepkisi 80

82 Gerilim-Paralel Negatif Geribesleme Devresi Deneyi 1) Şekil 1.3 teki devre ve blok c bağlantı diyagramına göre kısadevre klipslerini yerleştirin. Negatif geribesleme bağlı değildir (R34-C16 devresine kısa devre klipsi bağlı değil). 2) Multimetre (DCV) kullanarak, VC17 gerilimini (transistörün kollektör gerilimi) ölçün. 3) IN giriş ucuna işaret üreteci ve osiloskop, çıkış ucuna osiloskop bağlayın. Osiloskopta, 1KHz lik, maksimum, bozulmasız sinüzoidal sinyal elde edilecek şekilde işaret üretecini ayarlayın. OUT ucunda maksimum, bozulmasız dalga şekli üretildiğinde, osiloskop kullanarak IN ve OUT dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. 4) Negatif geribesleme devresini bağlayın (R34-C16 devresine kısa devre klipsi bağlayın). 5) Adım (2) (3) ü tekrarlayın. 6) İşaret üretecinin çıkışını 10Hz~20KHz arasında ayarlayın ve hem negatif geribeslemesiz hemde negatif geribeslemeli devrelerin Vin ve Vout dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. Bu iki devrenin frekans tepkilerini karşılaştırın. Frekans tepkisi eğrilerini (AV-f) Tablo 1-2 (b) (c) ye kaydedin. Deney sonuçlarını Tablo 1-2 (a) (b) (c) ye kaydedin ve negatif geribeslemesiz ve negatif geribeslemeli devreler arasındaki farkları karşılaştırın. Şekil 1.3 (Şekil blok c.1) 81

83 Tablo 1.2 (a) (b) (c) 82

84 Akım-Seri Negatif Geribesleme Devresi Deneyi 1) Şekil 1.4 teki devre ve blok b.2 bağlantı diyagramına göre kısadevre klipslerini yerleştirin. C9 kondansatörünü bağlayarak, R25 direncini kısa devre edin. 2) Multimetre (DCV) kullanarak, VC9 gerilimini (Q9 kollektör gerilimi) ölçün. 3) IN2 giriş ucuna işaret üreteci ve osiloskop, OUT çıkış ucuna osiloskop bağlayın. Osiloskopta, 1KHz lik, maksimum, bozulmasız sinüzoidal sinyal elde edilecek şekilde işaret üretecini ayarlayın. OUT ucunda maksimum, bozulmasız dalga şekli üretildiğinde, osiloskop kullanarak IN2 ve OUT dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. 4) C9 u devreden kaldırın (kısa devre klipsini çıkartın) ve devreyi, negatif geribeslemeli hale getirin. 5) Adım (2) (3) ü tekrarlayın. Deney sonuçlarını Tablo 1-3 e kaydedin ve negatif geribeslemesiz ve negatif geribeslemeli devreler arasındaki farkları karşılaştırın. Şekil

85 Tablo

86 85

87 5. DENEY : POZİTİF GERİBESLEMELİ TRANSİSTÖR DEVRELERİ 1.1. Açıklayıcı Bilgiler Deneyin Amacı: Pozitif geribesleme ve osilasyon arasındaki ilişkiyi anlamak. RC faz-kaydırmalı osilasyonun prensibini anlamak. Yüksek-frekanslı osilatörün prensibini anlamak Ön Bilgi 1) Osilatör: Harici olarak sinyal uygulamadan, DC güç kaynağının enerjisini, belirli bir frekansta AC elektrik enerjisine dönüştürebilen devredir. 2) Pozitif geribesleme ve osilasyon arasındaki ilişki: Geribeslemeli devrenin kazancı Af, 1/(1+βA) ya eşittir. Eğer geribesleme devresi 1+βA=0 (-βa=1) olacak şekilde tasarlanırsa, devrenin toplam kazancı Af sonsuza yaklaşır ve karasızlıktan dolayı devrede osilayon üretilir. Harici olarak uygulanan sinyalin Vi=0 olduğu kabul edilmekle birlikte, doğal gürültüden dolayı Vi 0 a eşit olmaz. Bu Vi, yükselteç devresi üzerinden Vo=AVi çıkışını üretir ve geribesleme sonrasında da βavi çıkışına neden olur. Eğer - βavi nin fazı Vi ile aynıysa, giriş sinyali arttırılır ve osilasyon kendiliğinden üretilir. -βavi yi Vi ile aynı fazda yapmak için, -βa=1 0 0 olmalıdır. Diğer bir deyişle, yükselteç ve geribesleme ağının toplam faz kayması 0 0 yada olmalıdır. Vi yi arttıran geribesleme, pozitif geribesleme olarak adlandırılır. 3) Osilayon koşulları: Pozitif geribesleme devresi. -βa 1 koşulunu sağlayacak yeterli kazanca sahip yükselteç. 4) Osilatörler iki gruba ayırılabilir: Sinüzoidal osilatörler, iki sınıfa ayırılabilir: a. Alçak-frekanslı osilatörler: Bu osilatörler RC geribesleme ağı içermektedir. Bu osilatör türüne örnek olarak RC faz kaydırmalı osilatör, Wienköprü osilatörü verilebilir. b. Yüksek-frekanslı osilatörler: Bu osilatörler de RC geribesleme ağı içermektedir. Bu osilatörlere örnek olarak Hartley osilatörü, Colpitts osilatörü, kristal osilatör verilebilir. Sinüzoidal-olmayan osilatörler a. Kare dalga osilatörleri. Bu osilatörlere örnek olarak karasız multivibratör verilebilir. b. Darbe osilatörleri. Bu osilatörlere örnek olarak, kesintili osilatörler verilebilir. c. Üçgen dalga (testere dişi) osilatörü: UJT osilatör, bu osilatörlere örnek olarak verilebilir. 86

88 2) Sinüzoidal Osilatörler İçin Açıklamalar 1) RC faz-kaydırmalı osilatör Her bir RC katı 60 0 lik faz kayması sağlayacağı için, üç-katlı RC ağı toplam lik faz kaymasına neden olur (faz kayması ile ilgili açıklamalar için Bölüm 4 te ele alınan türev ve integral devrelerine bakın). Geribesleme ağı tarafından üretilen bu lik faz kayması, yükselteç tarafından üretilen lik faz dönmesi ile birlikte, βa da toplam lik faz kaymasına sebep olur ve lik faz kayması da giriş ile aynı faza karşılık gelir. Eğer kazanç yeterliyse, osilayon üretilir ve devam ettirilir. Transistörlü RC faz-kaydırmalı osilatör a. Şekil 1.1(a) da, bir faz-gecikmeli RC faz kaydırmalı osilatör gösterilmiştir. Şekil 1.1, tek-kat RC ağında, I, Vi ve Vf arasındaki ilişkiyi göstermektedir. Şekil 1.2, üçkatlı RC faz-kaydırma ağında, F 0 = 6 / (2πRC) iken, Vf ile Vo arasındaki lik faz farkını göstermektedir. Şekil 1.1(a) daki devre tarafından üretilen osilasyonun sinüzoidal frekansı F 0 = 6 / (2πRC) olur. Burada, R=4.7K ve C=0.01μF dır. Şekil 1.2 de gösterilen F 0 çalışma frekanslı RC faz-kaydırmalı ağ için β=vf / Vo=-1/29 olduğundan dolayı, eğer yükselteç -βa=1 koşulunu sağlayacak şekilde minimum 29 yükselme katsayısına sahipse osilasyon devam eder. Şekil 1.1 Şekil 1.2 b. Şekil 1.3 te, F 0 =1/2π 6RC ) olan, faz-ilerlemeli RC faz kaydırmalı osilatör gösterilmiştir. Şekil 1.4(a) da gösterilen tek katlı RC faz-kaydırma ağı için, Vi, Vf ve I arasındaki ilişki Şekil 1.4(b) de gösterilmiştir. 87

89 Şekil 1.3 2) Colpitts Osilatörü Şekil 1.4 Şekil 1.5(b) de gösterilen devre. a) Geribesleme devresi, LC osilasyon tank devresi içermektedir. Bu tank devresinde; C=C1, C2 ye seri bağlıdır, C1 ve C2 nin orta noktası toprağa bağlıdır ve VC1 geribesleme sinyali giriş uçlarına uygulanmıştır. b) f = 1/2π LC eş C eş = C1C2/(C1+C2) c) RFC (radyo frekans kısma bobini), osilasyonda üretilen RF sinyalin DC güç kaynağı içerisine beslenmesini engellemek için, genellikle güç kaynağı devresindeki kollektöre seri olarak bağlanır. X L =2πfL, f X L d) Yükselteç, tipik CE yükselteç devresi ile aynıdır. 3) Kristal osilatör Şekil 1.5(b) Colpitts osilatörü a. Kristal osilatörün çalışması, kristalin yüksek Q faktörü ve sabit frekanslı osilasyon sinyali üretilmesini sağlayan piezoelektrik etkisinden yararlanır. 88

90 b. Kristalin piezoelektrik etkisi (a) Kristale gerilim uygulanırsa, kristalde, genişleme ve büzülme türü bir tireşim üretecek şekilde, bir mekanik basınç endüklenir. (b) Kristalin titreşiminden kaynaklanan genişleme ve büzülmeden dolayı, kristal yüzeyinde bir AC gerilim çıkışı üretilir. AC gerilimin frekansı, kristalin titreşim frekansı tarafından belirlenir. c. Kristalin osilasyon özelliği: Kristale bir gerilim uygulandığında, AC gerilim üretecek bir titreşim meydana getirilir. Kristalin osilasyonu, dahili sürtünmeden dolayı, enerji tüketeceği için, osilasyon zamanla zayıflar ve sonunda durur. Bununla birlikte, eğer yeterli enerji sağlanırsa, kristalin osilasyonu sürekli olabilir. d. Kristalin elektriksel sembolü, eşdeğer devresi ve karakteristik eğrisi Şekil 1.6 Şekil 1.6 de gösterilen eşdeğer devre ve karakteristik eğriden, quartz kristalin, seri rezonans yada paralel rezonanslı osilatörlerde kullanılabileceği görülmektedir. 4)Kesintili osilatör Bu osilatördeki transistörler, çok kısa iletim süresi ve çok uzun kesim süresine sahip olacak şekilde, sadece aralıklı olarak(kesik kesik) iletimde olduğu için bu adı almıştır. Bu osilatör temel olarak, endüktansta gerilim endüklenmesi e = -L I c = -N ve kondansatörün dolması-boşalması kavramlarına dayalı olarak t t çalışmaktadır. Temel devresi Şekil 1.7 (a) da gösterilmiştir ve aşağıda analiz edilmiştir: a) Güç kaynağı bağlandığı zaman, transistör ileri öngerilimlerinir ve I B =( V cc - 0.6V)/R olur. Böylece, I c = βi B ve I c I c(sat) olur. L P de endüklenen gerilim bir manyetik alan oluşturur ve bu manyetik alan, L S de, üst ucu pozitif alt ucu negatif polaritede olacak şekilde, bir gerilim endükler. b) L S de endüklenen gerilim, V cc ile birlikte, Şekil 1.7 (b) de gösterilen yol üzerinden, C yi doldurur. Bu şarj akımı, transistör doyuma gidene kadar, transistörün baz akımını arttırır. Transistör doyuma gittikten sonra, I c artık artmaz ve I c =0, e = -L I c = 0 olur. Böylece L t S de endüklenen gerilim de kaybolur ve V B = -V c +V cc <0 olur (V c =V LS +V cc ). Böylece transistör ters öngerilimlendiği için kesime gider. 89

91 c) Transistör kesime gittikten sonra, C kondansatörü, Şekil 1.7(c) de gösterilen yol üzerinden boşalır ve transistörün ters öngerilimi giderek azalır. Ters öngerilim ortadan kalktıktan sonra, transistör yeniden iletime geçer. d) Transistör (b) adımındaki duruma geri döndüğü zaman, V LS +V cc nin, C yi doldurmak için ürettiği I B akımı, transistörü hızlı bir şekilde doyuma götürür ve bu durumda I c =0 olacağı için, transistör hızlı bir şekilde kesime gider. Böylece transistörün iletim süresi çok kısa olur. e) Transistörün kesim süresi, RC boşalma zaman sabitine bağlıdır. C tamamen boşaldıktan sonra, transistör yeniden iletime geçer. f) Transistörün ON/OFF durumları süresince, yüksek-frekanslı sönümlü osilasyon bileşenleri de dalga şekline eklendiği için, LS de endüklenen gerilim, standart kare dalga biçiminde olmaz. g) Bu sönümlü osilasyonlar ortadan kaldırılmak isteniyorsa, Şekil 1.7(d) de gösterildiği gibi, L nin uçlarına paralel olarak bir diyot bağlanabilir. h) Bu devreye ilişkin dalga şekilleri, Şekil 1.7(e) de gösterilmiştir. Transistör ON durumundan OFF durumuna gelince, bobin, orjinal gerilimine göre ters polariteye sahip bir gerilim endükler. 90

92 5)Testere-dişi osilatörü Şekil 1.7 Testere-dişi osilatörün temel kavramı Şekil 1.8 te gösterilmiştir. Şekil 1.8 SW anahtarı kapalıyken C dolar ve SW anahtarı açıkken C boşalır. Böylece, Şekil 1.8(b) de gösterilen dalga şekli üretilir. Mükemmel doğrusallığa sahip dalga şekli elde etmek için, C kondansatörü sabit akım kullanılarak doldurulmalıdır. Temel devre Şekil 1.9(a) da gösterilmiştir. Şekil 1.9(b) de ise, daha iyi doğrusallığa sahip bir testere-dişi üreteci gösterilmiştir. Şekil

93 Şekil 1.8(a) daki SW, Şekil 1.9(a) daki devrede bir transistör ile değiştirilmiştir. Bu devrede, transistörün ON ve OFF durumları kare dalga ile kontrol edilmektedir. Şekil 1.9(b) de gösterildiği gibi, daha iyi doğrusallığa sahip testere-dişi üretecinde, sabit akım devresi Q1, R1, R2 ve ZD den oluşurken, kare dalga bir kare dalga üreteciyle sağlanabilir (örneğin kararsız multivibratör) Deneyin Yapılışı Kullanılacak Elemanlar 1) KL-200 Lineer Devre Deney Düzeneği 2) Deney Modülü: KL ) Ölçü Aletleri: 1. İşaret üreteci 2. Osiloskop 3. Multimetre 4) Araç: Temel el araçları. 5) Malzemeler: KL de gösterildiği gibi. DENEYLER 1) Alçak Frekanslı Sinüzoidal Osilatör RC faz-kaydırmalı osilatör Deneyi (1) Şekil1.10 daki devre ve blok a bağlantı diyagramı yardımıyla kısadevre klipslerini yerleştirin. (2) Osiloskop kullanarak, çıkış ucundaki dalga şeklini ölçün. Daha sonra çıkışta sinüzoidal dalga üretilecek şekilde VR2(VR10K) yi ayarlayın ve sonucu kaydedin. (3) Osiloskop kullanarak sırasıyla Vb, Vc ve Vd dalga şekillerini ölçün, fazlarını gözlemleyin ve sonuçları kaydedin. Deney sonuçlarını Tablo 1-1 e kaydedin ve gerilimler arasındaki faz ilişkilerini karşılaştırın. 92

94 Tablo 1-1 Şekil ) Yüksek Frekanslı Sinüzoidal Osilatör Colpitts Osilatörü Deneyi (1) Şekil 1.11 deki devre ve blok a.1 bağlantı diyagramı yardımıyla kısadevre klipslerini yerleştirin. (2) Osiloskop kullanarak bu osilatörün çıkışındaki dalga şeklini ölçün. V OUT(P P) =? f=? Ölçülen f değeri, teorik değere yakın mıdır? f = 1 2π LC =?, (C = C1 C2 C1+C2 ) 93

95 Şekil ) Kristal Osilatör 1) Şekil 1.12 daki devre ve blok a.2 bağlantı diyagramı yardımıyla kısa-devre klipslerini yerleştirin. 2) Osiloskop kullanarak bu osilatörün çıkışındaki dalga şeklini ölçün. V OUT(P P) =?, f=? Şekil

96 4) Kesintili Osilatör (1) Şekil 1.13 daki devre ve blok d.1 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. (2) Osiloskop kullanarak, sırasıyla VCE, VBE ve VLS (bobin) gerilim dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. (3) Voltmetre (DCV) kullanarak, sırasıyla VBE ve VCE gerilimlerini ölçün ve kaydedin. (4) C13(0.1μ) ü devreden kaldırın, Adım (3) ü tekrarlayın ve devrede osilasyon üretilip üretilmediğini gözlemleyin (VCE yi ölçmek için osiloskop kullanın). Deney sonuçlarını Tablo 1-2 (a) (b) ye kaydedin ve Adım (3) ile (4) arasındaki farkları karşılaştırın. Tablo 1-2 (a) Tablo 1-2 (b) 95

97 Şekil 1.13 Şekil blok d.1 5) Testere-Dişi Üreteci Temel testere-dişi üreteci devresi (1) Şekil 1.14 deki devre ve blok b.1 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. (2) IN giriş ucuna işaret üreteci ile osiloskop ve OUT çıkış ucuna osiloskop bağlayın. İşaret üretecinin çıkışını, 1KHz, 5VP-P lik kare dalga üretecek şekilde ayarlayın ve IN ile OUT uçlarındaki dalga şekillerini ölçerek kaydedin. IN ve OUT dalga şekillerini aşağıdaki Tablo 1-3 e kaydedin. 96

98 Şekil 1.14 Şekil blok b.1 Tablo

99 6. DENEY : TEMEL OPAMP KARAKTERİSTİKLERİ DENEYLERİ DENEYİN AMACI (1) Temel OPAMP karakteristiklerini anlamak. (2) OPAMP ın ofset gerilimini ayarlama yöntemini anlamak. GENEL BİLGİLER Yeni Terimler: (1) Ofset: OPAMP ın Vi si 0V iken, ideal durumda Vo da sıfır olmalıdır. Bununla birlikte, OPAMP ın iç devrelerindeki dengesizlikten dolayı, Vo genellikle 0V tan kayar. Bu kayma durumu, çıkış ucunda bir çıkış ofset (kayma) gerilimi (Vos) oluşturur. Giriş ucuna etkin bir gerilim uygulanarak, bu Vos 0V a ofsetlenebilir. Bu kavramı kullanarak, Vos yi 0V a ayarlama işlemine, ofset gerilimi ayarı denir. (2) CMRR (Ortak-Mod Bastırma Oranı): Ortak-Mod Bastırma Oranı, CMRR yada ρ ile ifade edilir. ρ=ad/ac dir ve mümkün olduğunca büyük olmalıdır. Temel Prensip: 1.Transistörlü fark yükselteci devresi Şekil 1 de, pratik bir işlemsel yükselteç (µa741) eşdeğer devresi gösterilmiştir. Bu devrenin yapısı, giriş katı fark yükselteci düzenlemesine sahip, çıkışı kapasitesiz (OCL) yükselteç yapısına benzemektedir. Fark yükseltecinin özellikleri aşağıda kısaca analiz edilmiştir. (1) Fark yükselteci devresinin yapısı Şekil 2(a) da, ortak emetör direncine sahip iki adet ortak emetörlü yükselteç, iki giriş terminali (Vi1, Vi2) ve iki çıkış terminalinden (Vo1, Vo2) oluşan fark yükselteci devresi gösterilmiştir. Bir fark yükselteci entegre devresinin komple iç devresi Şekil 2(b) de, devre sembolü ise Şekil 2(c) de gösterilmiştir. Fark yükseltecinin çıkış sinyali, iki giriş sinyali farkının yükseltilmesiyle elde edilir. Diğer bir ifadeyle çıkış sinyali, iki giriş sinyali arasındaki fark ile doğru orantılıdır: VO=AV(Vİ1 Vİ2). (2) Fark yükseltecinin giriş/çıkış düzenlemeleri 1) Tek-sonlu giriş, tek-sonlu çıkış. 2) Tek-sonlu giriş, çift-sonlu çıkış. 3) Çift-sonlu giriş, tek-sonlu çıkış. 4) Çift-sonlu giriş, çift-sonlu çıkış. 98

100 Şekil 1 µa741 in iç devresinin eşdeğeri (a) Temel devre (b) IC nin iç devresi (c) Sembol Şekil 2 Fark yükselteci 99

101 Fark yükseltecinin giriş/çıkış düzenlemeleri aşağıda analiz edilmiştir: 1) Tek-sonlu giriş, tek-sonlu çıkış 1. VO1 Şekil 3(a)(b)'de gösterildiği gibi, Q1 ortak emetör düzenlemesine sahip olduğu için, Vİ1 baza uygulanır ve yükseltilir, çıkış da kollektörden alınır. Ortak emetörlü yükselteç karakteristiklerine bağlı olarak, kollektördeki çıkış sinyali, baz giriş sinyaline göre ters fazdadır, yani Q1 in VO1 çıkış sinyali Vİ1 ile ters fazdadır. Diğer bir ifadeyle, giriş ve çıkış arasındaki faz farkı 180 o dir. VO1= - AVVİ1. (a) (b) Şekil 3 Tek-sonlu giriş, tek-sonlu çıkış (I) 2. VO2 Şekil 4(c) de gösterildiği gibi, Q1 in bazına Vİ1 sinyali uygulandığı zaman, kollektörden alınan VO1 çıkışına ek olarak, emetörden de çıkış sinyali alınabilir. Emetör izleyici karakteristiklerine bağlı olarak, emetörden alınan çıkış sinyali, bazdaki giriş sinyali ile aynı fazda ve hemen hemen aynı genliktedir (Av 1). Bundan dolayı, Q1 in emetöründen alınan sinyal, Vİ1 ile aynı fazda ve hemen hemen aynı genliktedir. Q1 ve Q2 nin emetörleri birbirine bağlı olduğu için, bazı toprağa bağlı olan Q2 nin emetöründen alınan sinyal de, Q1 ile aynı şekilde, Vİ1 ile aynı fazda ve hemen hemen aynı genliktedir. Q2 nin bazı direk toprağa bağlıyken, emetör ve toprak arasında Q2 nin emetör sinyali ortaya çıkmaktadır. Emetör ile baz arasına uygulanmış gibi olan bu sinyal, Q2 nin giriş sinyali olarak düşünülebilir. Q2 nin bazındaki sinyal, Vİ1 ile ters fazdadır. Diğer bir ifadeyle, Q2 nin bazına uygulanan sinyal, Vİ1 ile aynı genlikte fakat ters fazdadır. Q2 nin bazına uygulanan, Vİ1 ile aynı genlikte fakat ters fazda olan sinyal Q2 tarafından yükseltilir ve kollektörden VO2 çıkış sinyali olarak alınır. Q2 nin bazındaki sinyal, Vİ1 ile ters fazda olduğu için ve aynı zamanda kollektörden alınan sinyalin baz sinyaliyle ters fazda olması dolayısıyla VO2, bu baz sinyaliyle ters fazda olduğu için, Şekil 4(b) de gösterildiği gibi, VO2, Vİ1 ile aynı fazdadır. Q1 ve Q2 nin gerilim kazançları AV ise, Q2 baz sinyalinin genliği, Q1 in bazına uygulanan Vİ1 giriş sinyaline eşit olduğu için 100

102 (VO2=AVVİ1) VO2, VO1 e eşit ancak ters fazdadır. Özetle, giriş sinyalinin Vİ1 e uygulanması durumunda, Şekil 5(a) da gösterildiği gibi, VO1 den ters fazlı yükseltilmiş bir sinyal, VO2 den aynı fazlı yükseltilmiş bir sinyal elde edilir ve burada VO1 in genliği VO2 ye eşittir. Giriş sinyalinin Vİ2 ye uygulanması durumunda, Şekil 5(b) de gösterildiği gibi, VO2 den ters fazlı yükseltilmiş bir sinyal, VO1 den aynı fazlı yükseltilmiş bir sinyal elde edilir. Giriş sinyali, tek-sonlu girişli fark yükseltecinin giriş uçlarından herhangi birine uygulandığında, VO1 ve VO2 den eşit genlikli ve ters fazlı yükseltilmiş sinyaller elde edilebilir. VO2, Vbe ile ters fazdadır Vbe, Vi1 ile ters fazdadır (a) Emetör gerilimi, Vi1 ile aynı fazdadır (b) (c) Şekil 4 Tek-sonlu giriş, tek-sonlu çıkış (II) (a) (b) Şekil 5 Tek-sonlu girişli OPAMP ın çıkış sinyali 101

103 2) Tek-sonlu giriş, çift-sonlu çıkış 3) Çift-sonlu giriş, tek-sonlu çıkış VO=VO1 VO2 = 2VO1 = -2AV Vİ1 yada 2AV Vİ2 Şekil 6 Şekil 7 Şekil 7 de gösterildiği gibi V 01 = A V V İ1 + A V V İ2 = A V (V İ1 V İ2 ) --- (1) V 02 = A V V İ1 + ( A V V İ2 ) = A V (V İ1 V İ2 ) --- (12) V d = V İ1 V İ2 = V İ1 ( V İ1 ) = 2V İ1 yada V d = 2V İ1 Denklem1 ve 2'den: Şekil 8'de gösterildiği gibi, Vİ1=Vİ2 iken VO1 =0 ve VO2=0 olur. Şekil 9'da gösterildiği gibi, Vİ1=-Vİ2 iken (ters faz), VO1 =-2AVVİ1 ve VO2=2AVVİ1 olur. Toplam 0 a eşittir. Toplam 0 a eşittir. Şekil 8 Vİ1 =Vİ2 iken (aynı faz), VO1 ve VO2 dalga şekilleri 102

104 4) Çift-sonlu giriş, çift-sonlu çıkış Şekil 8 ve 9'da gösterildiği gibi, Şekil 9 Vi1=-Vi2 iken, Vo1 ve Vo2 dalga şekilleri V 0 = V 01 V 02 = A V (V İ1 V İ2 ) A V (V İ1 V İ2 ) V 0 = 2A V (V İ1 V İ2 ) = 2A V V d Vİ1=Vİ2 iken VO =0 olur. Vİ1=-Vİ2 iken VO =-2AV(2Vİ1)=-4 AV Vİ1 olur. (3) Fark yükseltecinin kazancı Ac : Ortak mod kazancı; sinyalin kendine göre yükseltme faktörüdür. Ad : Diferansiyel mod kazancı; fark sinyaline göre yükseltme faktörüdür. Vc : Ortak mod sinyal (sinyalin kendisi). Vd : Diferansiyel mod sinyali (fark sinyali). V 0 = A d V d + A c V c Ideal fark yükseltecinde, Ac değeri mümkün olduğunca küçüktür ve VO değeri Ad ile doğru orantılıdır. (4) CMRR : Ortak-Mod Bastırma Oranı CMRR=Ad/Ac, fark yükseltecinin (yada OPAMP) gürültüyü bastırma kapasitesini göstermek için kullanılır. CMRR değerinin yüksek olması, daha küçük Ac değerine karşılıktır ve gürültü bastırma kapasitesinin daha iyi olduğunu gösterir. AV V A Vo AdV d AV c c AdV d AdV d AdV d 1 A V V A 1 V AV d d 1 CMRR V c d c c c c d d d d 103

105 CMRR çok büyük olduğu zaman; 1 V c V A V 1 A V 1 0 A V CMRR Vd o d d d d d d Ortak mod sinyal böylece bastırılmış olur. Gürültü tipik olarak, ortak mod sinyale benzer şekilde, Vİ1 ve Vİ2 de eşzamanlı olarak mevcut olacağı için, daha büyük CMRR değerine sahip fark yükselteci, daha iyi gürültü bastırma yeteneğine sahip olacaktır. CMRR değerlerine DA ve OPAMP kataloglarından bakılabilir. 2.Temel OPAMP karakteristikleri (1) OPAMP nedir? 1. OP-AMP, işlemsel yükselteç olarak adlandırılan bir IC dir ve aynı zamanda OPA olarakta kısaltılabilir. 2. OPA, bir eviren giriş ucu (-), bir evirmeyen giriş ucu (+) ve bir çıkış ucundan oluşan bir yükselteçtir. Sembolü Şekil 10 da gösterilmiştir. eviren giriş giriş evirmeyen giriş Şekil OPA genellikle aynı genlikte (±3V~±15V aralığında, çoğunlukla ±12V) ve zıt polaritede iki güç kaynağı ile çalışır. Bağlantı, Şekil 11 de gösterilmiştir. Şekil 11 Şekil 1 de gösterilen OP-AMP eşdeğer devresi (741 örneği), OCL AMP a çok benzemektedir. Vİ=0V iken VO=0V olacaktır. OP-AMP tek güç kaynağı ile de çalışabilir, ancak bu durumda Vİ uygulandığında, VO, 0V yerine VCC/2 olacaktır. 104

106 (2) İdeal işlemsel yükselteç aşağıdaki karakteristiklere sahiptir: 1. AV= 2. Zİ= 3. ZO= 0 4. BW = 5. Vİ=0 iken VO=0. 6. Karakteristikler sıcaklığa duyarlı değildir. Yaygın olarak kullanılan karakteristik parametreler aşağıda tanımlanmıştır: 1) Zi: Giriş Empedansı Şekil 12 OP-AMP ın ideal Zİ değeri olup, gerçek değeri çok büyüktür. Bununla birlikte, Şekil 12 de gösterildiği gibi, çeşitli devrelerin bağlanmasından sonra Zİ, çevre elemanların (R1 ve Rf) etkilerini de içerecektir. Şekil 12 de gösterilen Zİ, yükleme etkisi kavramı kullanılarak hesaplanmaktadır. VO=VS/2 ise, Zİ=ZO olur. 2) Zo: Çıkış Empedansı Şekil 13 Şekil 3 teki ZO hesaplama yöntemi, Zİ hesaplama yöntemi ile aynıdır. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, RL= iken VO =VO dır ve ZO=RL iken VO =VO/2 dir. 105

107 Şekil 13 te gösterildiği gibi, ilk önce VR1K, VO =VCC/2 olacak şekilde ayarlanır ve ZO a eşit olan RL (VR1Kab + 22Ω) değeri ölçülür. Vo =VCC/2 ayarlanamazsa, ZO ı hesaplamak için VO =VORL/(ZO+RL) gerilim bölücü denklemi kullanılabilir. Daha sonra RL= yapılarak VO ölçülebilir. 3) SR: Yükselme Hızı 0.8Vp-p / tr Şekil 14 Yükselme zamanı Şekil 14 te gösterildiği gibi, SR, OPA nın sinyal iletim hızını göstermek için kullanılır. SR nin büyük olması, sinyalin daha çabuk iletilmesine karşılık gelir ve aynı zamanda yüksek frekanslı sinyallerle çalışabilme kapasitesinin daha fazla olduğunu ifade eder. Genel olarak, daha büyük SR değeri daha yüksek bant genişliği anlamına gelmektedir. Şekil 15 SR ölçüm devresi Şekil 15 te gösterilmiştir. tr ve VP-P, VO dalga şeklinden hesaplanabilir. Daha sonra SR=0.8VP-P/tr denklemi yardımıyla SR değeri hesaplanabilir. Burada 0.8VP-P, yükselme zamanı süresince gerilimdeki değişimi ve tr yükselme zamanını göstermektedir. 4) BW: Bant Genişliği Ideal OPA nın bant genişliği olmakla birlikte gerçekte durum böyle değildir. Kataloglarda verilen tipik BW değeri birkaç MHz mertebesindedir. Bununla birlikte, ticari olarak mevcut IC lerin bant genişliklerinin ne kadar olduğu konusunda, Şekil 16 da gösterilen deney bilgi verebilir. Pratikte, bant genişliğinin çok küçük olması, 106

108 yüksek frekans devreleri için uygun değildir. 5) Ofset Gerilimi (sıfır seviye ayarı) İdeal OPA larda Vİ=0 iken VO=0V olmalıdır, ancak pratikte durum böyle olmamakta ve genellikle Vİ=0 iken VO=0V olmamaktadır. OPA nın bir kontrol devresinde kullanılması durumunda, Vİ=0V iken VO ın 0V dan farklı olması, devrenin çalışmasını ekileyecektir. Pratik devrelerde, Vİ=0 iken VO=0V olmasını sağlamak için, offset gerilim ayarı gerçekleştirilmelidir. Offset gerilimi ayarlama yöntemleri aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir. 1. Eviren yükselteçte ofset V o R Vi 1 R Şekil 16 f 1 Vİ=0V iken, VR yi VO=0V olacak şekilde ayarlayın. Vİ toprağa bağlıyken VO=VA(1+Rf/R1) olduğu için, VR1KΩ ve VR100KΩ dirençlerinin ayarlanması VO değerini değiştirebilir. 2. Evirmeyen yükselteçte offset V o R Vi 1 R Şekil 17 f 1 AV= -Rf/(R1+R2) olduğu için, AV -Rf/R1 olması için, R2, R1 den çok daha küçük olmalıdır. Vİ=0 (toprağa bağlı) iken VO=VA(-Rf/R1) olduğu için, VR1KΩ ve VR100KΩ dirençlerinin ayarlanması VO değerini değiştirebilir. 107

109 3. Gerilim izleyicide ofset Şekil 18 Av=1+(Rf/R1) 1 Vİ=0 (giriş topraklanmış) iken VO=VA(-Rf/R1) olduğu için, VR100KΩ direncinin ayarlanması VO değerini değiştirebilir. 4. İşlemsel yükselteçte dahili offset Şekil 19 Şekil 19 da gösterilen devre, IC nin offset null uçları kullanılarak gerçekleştirilir ve daha sonra Vo değeri, IC nin dahili diferansiyel katının denge durumu ayarlanarak geliştirilebilir. 108

110 KULLANILACAK ELEMANLAR (1) KL-200 Lineer Devre Deney Düzeneği (2) Deney Modülü: KL (3) Ölçü Aletleri: 1. Voltmetre 2. Osiloskop 3. İşaret üreteci. (4) Araç: Temel el araçları. (5) Malzemeler: KL de gösterildiği gibi. DENEYLER Transistörlü fark yükselteci devresi Deneyin Yapılışı: (1) Şekil 20 deki devre ve blok c bağlantı diyagramına göre kısa- devre klipslerini yerleştirin. (2) Giriş ucuna işaret üreteci ile osiloskop ve çıkış ucuna osiloskop bağlayın. (3) B ve C noktaları arasındaki direnç maksimum (VIN1=VIN2) olacak şekilde VR1'i ayarlayın. (4) İşaret üretecinin çıkışını 1KHz e ayarlayın ve osiloskopta maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli elde edilecek şekilde genliği arttırın. IN1, IN2, OUT1 ve OUT2 dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. (5) B ve C noktaları arasındaki direnç minimum (0Ω) (VIN2=0V) olacak şekilde VR1'i ayarlayın. (6) Adım (4) ü tekrarlayın. (7) B ve C noktaları arasındaki direnç 500Ω ve VIN2= VIN1/2 olacak şekilde VR1'i ayarlayın. (8) Adım (4) ü tekrarlayın. 109

111 Deney Sonucu: Deney sonuçlarını Tablo 1 e kaydedin. Tablo 1 Şekil 20 (Şekil blok c) 110

112 Temel OPAMP karakteristikleri deneyi, Zi, Zo, SR, BW, ofset. Zİ nin Ölçülmesi Deneyin Yapılışı: (1) Şekil 21(a) daki devre ve blok d.1 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. (2) İşaret üretecinin çıkışını, 1KHz lik sinüzoidal sinyal olacak şekilde ayarlayın ve çıkış genliğini minimuma ayarlayın. (3) VR3(VR100K) ü minimuma ayarlayın (B ve C uçları arası kısa devre). (4) OUT çıkış ucunda maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli elde edilecek şekilde genliği arttırın. (5) IN dalga şeklini ölçün ve kaydedin. (6) VR3 ü, IN ucundaki sinyal, Adım (4) teki dalga şeklinin yarısı olacak şekilde ayarlayın. (7) Güç kaynağını kapatın. (8) Multimetre kullanarak (Ω konumunda), VR3 ün B ve C uçları arasındaki direnç değerini ölçün ve kaydedin. Bu değer, işlemsel yükseltecin Zİ değeridir. Deney Sonucu: Zi =. Şekil 21 (a) 111

113 Şekil blok d.1 Zo ın Ölçülmesi Deneyin Yapılışı: (1) Şekil 21(b) deki devre ve blok d.2 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. (2) İşaret üretecinin çıkışını, 1KHz lik sinüzoidal sinyal olacak şekilde ayarlayın. (3) SW1 anahtarını açın. (4) Maksimum, bozulmasız Vout çıkış dalga şekli elde edilecek şekilde işaret üretecinin genliği ayarlayın. (5) Vout un Vp-p değerini kaydedin. (6) SW1 anahtarını kapatın ve Vout dalga şeklindeki değişimi gözlemleyin. (7) VR1(VR1KΩ) i, VOUT, Adım (5) tekinin yarısı olacak şekilde ayarlayın. (8) Güç kaynağını kapatın. (9) Multimetre kullanarak (Ω konumunda), çıkış ucunun toprağa gore direncini ölçün. Bu değer işlemsel yükseltecin çıkış empedansıdır. (10) İşeret üretecini farklı frekanslara (100Hz, 10KHz, 50KHz) ayarlayın ve Adım (2)~(9) daki işlemleri tekrarlayın. Çıkış empedansının, işaret frekansıyla değişip değişmediğini kontrol edin. 112

114 Deney Sonucu: Deney sonuçlarını Tablo 2(a) ya kaydedin. Tablo 2(a) Şekil 21(b) Şekil blok d.2 113

115 Yükselme Hızının (SR) Ölçülmesi Deneyin Yapılışı: (1) Şekil 21(c) deki devre ve blok d.3 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. (2) IN1 giriş ucuna işaret üreteci bağlayın ve işaret üretecinin çıkışını, 1KHz kare dalga üretecek şekilde ayarlayın. (3) Çıkış ucuna osiloskop bağlayın. (4) Giriş sinyalin frekansını, çıkış sinyalinin yükselme zamanı (tr), osiloskop ile ölçülebilecek şekilde ayarlayın. VP-P ve tr değerlerini ölçün. Deney Sonucu: SR, aşağıdaki denklem yardımıyla hesaplanabilir. SR=0.8VP- P / tr, burada tr, yükselme zamanıdır. tr : yükselme zamanı Şekil 21(c) Şekil blok d.3 114

116 Bant Genişliğinin Ölçülmesi Deneyin Yapılışı: (1) Şekil 21(d) deki devre ve blok d.4 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. Giriş ucuna 1KHz lik sinüzoidal sinyal uygulayın. (2) Giriş gerilimini, Tablo (1) de gösterildiği gibi, 50mVp-p den 200mVp-p ye kadar arttırın. Çıkış dalga şeklini gözlemleyin ve kaydedin. Tablo (1) (3) Çıkışta maksimum bozulmasız dalga şekli elde edilecek şekilde, giriş gerilimini arttırın. (4) Giriş gerilimini 100mVp-p ye ayarlayın. (5) Giriş frekansını, Tablo (2) de gösterildiği gibi, 50Hz den 30KHz e kadar değiştirin ve her frekansa ilişkin VO çıkış gerilimini ölçün. Tablo (2) (6) Dikey eksen db, yatay eksen frekans olacak şekilde, koordinat düzlemi üzerine kazanç-frekans eğrisini çizin ve -3dB noktalarını işaretleyin. Deney Sonucu: Dikey eksen db, yatay eksen frekans olacak şekilde, Tablo 3 e kazanç-frekans eğrisini çizin ve -3dB noktalarını işaretleyin. 115

117 A VO: V O ın maksimum olduğu A V değeri Tablo 3 Şekil 21(d) Şekil blok d.4 Eviren Yükselteç için Offset Gerilimi Ayarı Deneyin Yapılışı: (1) Şekil 21(e) deki devre ve blok d.5 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. (2) OPAMP ın eviren giriş ucu IN3 ü toprağa bağlayın. (3) Osiloskop (DCV) yada voltmetre (DCV) kullanarak, OUT çıkış ucundaki gerilimi ölçün. 116

118 (4) OUT ucundaki gerilimin sıfır olup olmadığını gözlemleyin. Eğer değilse, aşağıdaki işlemleri gerçekleştirin: VR2(1K) yi maksimuma ayarlayın. VR3(100K) ü ayarlayın ve VOUT=0V olacak şekilde OUT gerilimi değişimini gözlemleyin. Şekil 21(e) Şekil blok d.5 Evirmeyen Yükselteç için Offset Gerilimi Ayarı Deneyin Yapılışı: (1) Şekil 21(f) deki devre ve blok d.6 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. (2) OPAMP ın evirmeyen giriş ucu IN2 yi toprağa bağlayın. (3) Osiloskop (DCV) yada voltmetre (DCV) kullanarak, OUT çıkış ucundaki gerilimi ölçün. (4) OUT ucundaki gerilimin sıfır olup olmadığını gözlemleyin. Eğer değilse, aşağıdaki işlemleri gerçekleştirin: VR2(1K) yi maksimuma ayarlayın. VR3(100K) ü ayarlayın ve VOUT=0V olacak şekilde OUT gerilimi değişimini gözlemleyin. 117

119 Şekil 21(f) Şekil blok d.6 118

120 DENEY SONUÇLARI Kataloglarda belirtilen OPAMP karakteristik parametreleri şunlardır: (1) Giriş Ofset Gerilimi (mv). (2) Ortalama Giriş Ofset Gerilimi Kayması (µv/ 0 C). (3) Giriş ofset akımı (na). (4) Ortalama Giriş Ofset Akımı Kayması (nv/ 0 C). (5) Giriş Öngerilim Akımı. (6) Güç Kaynağı Bastırma Oranı (µv/v). (7) Çıkış Kısa Devre Akımı (ma). (8) Güç Tüketimi (mw). (9) Giriş Empedansı (MΩ). (10) Bant Genişliği (MHz). (11) Yükselme Hızı: Çıkış geriliminin değişim hızı (V/µs). (12) CMRR: Ortak Mod Bastırma Oranı (db). (13) Çıkış Empedansı (MΩ). Parantez içindeki semboller, birimleri göstermektedir. Bu bölümde sadece, en sık kullanılan parametrelere ilişkin deneyler gerçekleştirilmiştir. a) Zi Katalogda belirtilen Zİ değeri, örneğin µa741 için, 10MΩ dur. Bununla birlikte, OPA eviren yükselteç olarak kullanıldığında, toplam devrenin empedansı, negatif geri beslemenin etkisiyle azalacaktır. Eğer yüksek giriş empedanslı yükselteç devresi gerekliyse, evirmeyen yükselteç düzenlemesi kullanılmalı yada eviren yükseltece kaskat olarak gerilim izleyici eklenmelidir. b) Zo Eğer yük direncinin değeri de çok küçükse, işlemsel yükseltecin ZO değeri birkaç Ω düzeyinde olur ve OPA nın çıkışı kolaylıkla doyuma ulaşır. Böylece dalga şekli kırpılmış olur. ZO ı ölçmek için gerilim bölücü yöntemi kullanılması durumunda, VO da bozulma olmaması için, yük olarak daha büyük değerli dirençlerin kullanılması gerekir. Gerilim bölücü yöntemi: RL = iken; Vo =Vo. RL iken; R V ' L o V o Z Z o L Burada, Vo voltmetre ile ölçülebilirken, RL ve Vo değerleri ise zaten bilinmektedir. Böylece Zo hesaplanabilir. ZD c) BW Kataloglarda belirtilen bant genişliği değerleri birkaç MHz e kadar olabilmektedir. Ancak, gerçekte ölçülen değerler bu şekilde olmayıp, ancak birkaç yüz KHz lere 119

121 ulaşabilmektedir. Özellikle IC lerin bant genişlikleri, zorlukla birkaç MHz e ulaşmaktadır. d) Ofset gerilimi ölçümü Statik durumda çıkış gerilimi 0V olacak şekilde OPA nın DC seviyesini kompanze etmek amacıyla, üretici tarafından sağlanmış offset null uçlarında (741 için 1 ve 5 uçları) gerçekleştirilen gerilim ayarı, offset gerilim ayarı olarak adlandırılır. Tipik çıkış offset gerilimi yaklaşık ±1V olduğu için, eviren yükseltecin yükseltme faktörünün 100 olduğu durumda, girişe uygulanan ±10mV luk gerilim çıkışı ±1V tan 0V a kaydıracaktır. OPA nın açık çevrim kazancı yaklaşık olarak olduğu için, karşılaştırıcı için offset gerilim ayarı çok zordur. Bundan dolayı çıkış olarak 0V yerine +Vcc veya Vcc kullanılmaktadır. 120

122 7. DENEY : TEMEL OPAMP LI YÜKSELTEÇ DENEYLERİ 7.1 DENEYİN AMACI (1) OPAMP içeren temel devrelerin karakteristiklerini anlamak. (2) OPAMP içeren temel devrelerin prensiplerini anlamak. 7.2 GENEL BİLGİLER Önemli Terimler (1) Görünürde toprak (görünürde kısa-devre): Normal kısa devre, iki uçtaki gerilimin eşit ve bu iki uç arasındaki akımın maksimum olması anlamına gelmektedir. Ancak, OPAMP ın "+" ve "-" giriş uçlarındaki V(-) ve V(+) gerilimleri eşit olmasına rağmen "+" ve "-" uçlardan akım akmamaktadır. Bu olay, görünürde kısa devre ve aynı zamanda, eviren yükselteçte + uç genelde toprağa bağlandığı için, görünürde toprak olarak adlandırılır. Bu durum OPAMP da Zi= ve Av= olmasından kaynaklanır. Z= olduğu için, giriş ucuna doğru akım akmayacaktır. AV= olduğu için de, önemsiz büyüklükte bir Vi gerilimi uygulandığında, önemli ölçüde bir çıkış gerilimi elde edilecektir. Vi ihmal edilebilecek kadar küçük olduğu için, V(-) ve V(+) yaklaşık olarak eşit olur. (2) Açık-çevrim kazancı: Açık-çevrim kazancı çok büyük olup ideal durumda dur. (3) Kapalı-çevrim kazancı: Açık çevrin kazancı çok büyük olduğu için, açık çevrim düzenlemeli OPAMP, yükselteç olarak uygun değildir. Çünkü aşırı büyük kazanç, yükselteç çıkışının kolaylıkla doyuma gitmesine neden olur. OPAMP yükselteç olarak kullanılacaksa, kazancı kontrol edebilmek için devreye negatif geri besleme eklenmelidir Temel Prensip İşlemsel yükselteçler kullanılarak birçok karmaşık devre oluşturulabilir. Bu devreler, ne kadar karmaşık olursa olsun, esasında temel devrelerden oluşur. Burada yükselteç olarak kullanılan iki temel işlemsel yükselteç devresi tanıtılacaktır: (1) Eviren yükselteç devresi. (2) Evirmeyen yükselteç devresi. Yukarıdaki iki devreye bağlı olarak, çeşitli basit uygulama devreleri geliştirilmiştir: (1) Gerilim izleyici (2) Toplama devresi (3) Türev devresi (4) İntegral devresi 121

123 Eviren yükselteç devresi (a) eviren yükselteç devresi (b) eşdeğer devre Şekil 7.1 Eviren yükselteç devresi Eviren yükselteç devresi Şekil 7.1(a) da ve eşdeğer devresi de Şekil 7.1(b) de gösterilmiştir. Görünürde toprak kavramına bağlı olarak, OPAMP ın evirici giriş ucuna doğru akım akmayacaktır. Bununla birlikte V(-)=V(+)=0V olduğu için, Vo= -IfRf,, Vi=I1R1 ve I1=If olur. Av = V 0 = I fr f = R f V i I 1 R 1 R 1 V0 ile Vi arasında 180 o faz farkı vardır. Bu devre, kazancı tamamen geri besleme devresi tarafından belirlendiği ve OPAMP karakteristiklerinden bağımsız olduğu için, oldukça kararlıdır. Evirmeyen yükselteç devresi dengeli giriş ucu için; (a) evirmeyen yükselteç devresi (b) eşdeğer devre Şekil 7.2 Evirmeyen yükselteç devresi Evirmeyen yükselteç devresi Şekil 7.2 (a) da ve eşdeğer devresi de Şekil 7.2(b) de gösterilmiştir. I f = I 1 R 1 V i = V 0 x, R 1 + R f V i V 0 = R 1 R 1 + R f Av = V 0 = R 1 + R f = 1 + R f V i R 1 R 1 V0 ile Vi aynı fazdadır. 122

124 Gerilim izleyici Şekil 7.3 Gerilim izleyici Şekil 7.3'te gösterilen gerilim izleyici, bir evirmeyen yükselteç uygulamasıdır. R= olduğu için; Av = 1 + R f R 1 = 1 Bu nedenle bu devre yükselteç olarak çalışmaktadır. Bununla birlikte, Zİ= ve Z0 çok küçük olduğu için, gerilim izleyici yaygın olarak empedans uydurmada kullanılır. Toplama devresi (a) (b) (c) Şekil 7.4 Toplama devresi Şekil 7.4 (a)'da gösterilen toplayıcı devre, farklı sayıda giriş ucu içerebilir. Süperpozisyon teoremine göre devre aşağıdaki gibi analiz edilebilir: V1 giriş ucuna uygulanmış ve V2 toprağa bağlanmıştır. V(-), V(+) ile aynı potansiyelde olduğu için R2 üzerinden akım akmaz ve devre, Şekil 7.4 (b)'de gösterildiği gibi, eviren yükselteç olarak çalışır. V 01 = V 1 ( R f R 1 ) V2 giriş ucuna uygulanmış ve V1 toprağa bağlanmıştır. Şekil 7.4(c)'de gösterildiği gibi, prensip 1'deki ile aynıdır. V 02 = V 2 ( R f R 2 ) 123

125 V 0 = V 01 + V 02 = V 1 ( R f R 1 )+V 2 ( R f R 2 ) R 1 = R 2 olursa, V 0 = (V 1 + V 2 ) ( R f R 1 ) R f = R 1 olursa, V 0 = (V 1 + V 2 ) Türev devresi (a) Temel devre (b) Pratik devre Şekil 7.5 Türev devresi Şekil 7.5(a) da gösterilen türev alıcı devre, temelde bir RC türev devresi uygulamasıdır. Bu devredeki IC aşağıdaki gibi hesaplanabilir: I C = I R = Q C t = CV c t = CV i t dq C dt = C dv c dt = C dv i dt Vi kare dalga ise Vo darbe dizisi olur. Vi üçgen dalga ise Vo kare dalga olur. Şekil 7.5 (b) de gösterildiği gibi, pratik devrelerde, yüksek frekans gürültüsünü, çok küçük Xcs dolayı devrenin kararsız çalışmasını ve yüksek frekansta çok büyük yükseltme faktörünü engellemek amacıyla, Rs direnci bağlanır. R1 direnci, giriş ucunda dengeleme direnci olarak kullanılır. 124

126 İntegral devresi (a) Temel devre (b) Pratik devre Şekil 7.6 İntegral devresi Şekil 7.5 (a) daki integral alıcı devre temelde, RC integral devresi uygulamasıdır. Bu devredeki IC, aşağıdaki gibi hesaplanır: I C = I R I R = V i 0 R = V i R = I C V 0 = V C = Q C = I ct C = 1 C I Cdt RC integral devresi Şekil 7.6 (b) de, pratik bir integral alıcı devre gösterilmiştir. Bu devredeki R2, yükselteç çıkışının doyuma ulaşmasını ve alçak frekanslarda büyük XC nedeniyle integral devresinin yanlış çalışmasını engelleyebilir. OPAMP lı Filtre Devreleri Filtre, bazı sinyalleri seçebilen devre demektir. Alçak geçiren, yüksek geçiren, bant geçiren (belirli bir frekans spektrumundaki sinyalleri geçirir) ve bant durduran (belirli bir frekans spektrumundaki sinyalleri durdurur) filtre uygulamaları mevcuttur. OPAMP gibi aktif elemanlardan oluşan filtre, aktif filtre olarak adlandırılır. Kesim frekansı: Şekil 7.7 de gösterildiği gibi, çıkış geriliminin, giriş geriliminin sine düştüğü frekans değeri kesim frekansı olarak adlandırılır. Şekil

127 Alçak geçiren filtre Şekil 7.8 de pasif bir alçak geçiren filtre gösterilmiştir. Bu devrede V0, C kondansatörü üzerinden alınmaktadır. Şekil 7.8 (a) Alçak geçiren filtre (b) Alçak geçiren filtre için Av-f karakteristik eğrisi Şekil 7.9 Alçak geçiren filtrenin kesim frekansı FL, FL=1/(2πRC) denklemi ile hesaplanabilir: Şekil 7.9 (a)'da gösterildiği gibi, OP-AMP ve R1 den oluşan ve AV=1 olan gerilim izleyici devresi, alçak geçiren filtre devresine yüksek empedanslı bir yük sağlamaktadır. RC1 ve RC2 iki katlı bir alçak geçiren filtre devresi oluşturmaktadır. Bant geçiren yükselteç Şekil 7.10 da gösterildiği gibi, giriş sinyali yüksek geçiren ve alçak geçiren devrelerden geçtikten sonra, sırasıyla alçak frekanslı ve yüksek frekanslı sinyaller zayıflar. Sadece orta frekans bölgesindeki sinyaller (belirli bir frekans spektrumu) kalır ve çıkışa aktarılır. 126

128 Şekil 7.10 Şekil 7.11 Bant geçiren yükseltecin blok diyagramı Av1=-Zf1/Z1, Av2=-Zf2/Z2 127

129 7.3. KULLANILACAK ELEMANLAR (1) KL-200 Lineer Devre Deney Düzeneği (2) Deney Modülü: KL (3) Ölçü Aletleri: 1. Voltmetre 2. Osiloskop 3. İşaret üreteci. (4) Araç: Temel el araçları. (5) Malzemeler: KL te gösterildiği gibi DENEYLER (7-1) Eviren yükselteç devresi deneyi Şekil 7.12 (a) Şekil 7.12 (b) Eviren yükselteç devresi deneyi Deneyin Yapılışı: Şekil 7.12 (a) daki devre ve blok b.1 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. Şekil blok b.1 128

130 Şekil blok b.2 (2) IN1 giriş ucuna işaret üreteci bağlayın ve işaret ucunun çıkışını 1KHz sinüzoidal sinyale ayarlayın. Çıkışta maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli elde edilecek şekilde genliği yavaşça arttırın. (3) Vin1 ve Vout dalga şekillerini kaydedin. (4) Kısa-devre klipsini çıkartarak, işaret üretecini devreden çıkarın ve giriş ucunu toprağa bağlayın. DCV kademesinde multimetre (ya da osiloskop) kullanarak, çıkış ucundaki DC seviyeyi ölçün ve kaydedin. (5) Şekil 7.12 (b) deki devre ve blok b.2 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin (ofsetli eviren yükselteç devresi). (6) Adım (2) ve (3) ü tekrarlayın. (7) VR3(100K)'ü rastgele ayarlayarak çıkış dalga şeklinin değişip değişmediğini gözlemleyin. (8) Kısa-devre klipsini çıkartarak, işaret üretecini devreden çıkarın ve giriş ucunu toprağa bağlayın. DCV kademesinde multimetre (yada osiloskop) kullanarak, çıkış ucundaki DC seviyeyi ölçün. Eğer DC seviye 0V değilse, VR3(100K)'ü, bu seviye 0V olacak şekilde ayarlayın. (9) Adım (2) ve (3) ü tekrarlayın. (10) Ofsetli ve ofsetsiz devrelerin, çıkış DC seviyelerini ve dalga şekillerini karşılaştırın. Deney sonuçlarını aşağıdaki Tabloya kaydedin. 129

131 (7-2) Evirmeyen yükselteç devresi deneyi Şekil 7.13 Şekil blok b.3 130

132 Deneyin Yapılışı: (1) Şekil 7.13 devre ve blok b.3 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. (2) IN2 giriş ucuna işaret üreteci bağlayın ve işaret ucunun çıkışını 1KHz sinüzoidal sinyale ayarlayın. (3) Çıkış ucuna osiloskop bağlayın ve osiloskopta maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli elde edilecek şekilde işaret üretecinin genliği yavaşça arttırın. Vin2 ve Vout dalga şekillerini kaydedin. Vin2 ve Vout dalga şekillerini aşağıdaki tabloya kaydedin. Av = V out V in2 = (7-3) Gerilim izleyici deneyi 1) Şekil 7.14 teki devre ve blok b.4 bağlantı diyagramına göre kısa- devre klipslerini yerleştirin. (2) IN2 giriş ucuna işaret üreteci ile osiloskop bağlayın ve işaret ucunun çıkışını 1KHz sinüzoidal sinyale ayarlayın. (3) OUT çıkış ucuna osiloskop bağlayın ve osiloskopta maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli elde edilecek şekilde işaret üretecinin genliği yavaşça arttırın. IN2 ve OUT dalga şekillerini kaydedin. (4) İşaret üretecinin çıkış genliğini rastgele değiştirerek, V un daima V ye benzer olup olmadığını gözlemleyin Şekil

133 Şekil blok b.4 IN2 ve OUT dalga şekillerini aşağıdaki tabloya kaydedin. Av = V out V in2 = (7-4) Toplama devresi deneyi Şekil

134 Şekil blok b.6 Deneyin Yapılışı: (1) Şekil 7.15 teki devre ve blok b.6 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. (2) V1 ve V2 gerilimlerini aşağıdaki Tablo da belirtilen değerlere eşit olacak şekilde, sırasıyla R1(VR500Ω) direncini ve 3~18V aralığında güç kaynağı gerilimini ayarlayın. (3) Voltmetre ya da osiloskop (DCV) kullanarak, V1 ve V2 gerilimlerine ilişkin, OUT çıkış ucundaki gerilimi ölçün. (4) Aşağıdaki denklemi kullanarak Vo ı hesaplayın. VO= -(R12/R3)(V1+V2) 133

135 (7-5) Türev devresi deneyi Şekil 7.16 Şekil blok a.5 (1) Şekil 7.16 daki devre ve blok a.5 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. (2) IN2 giriş ucuna işaret üreteci bağlayın ve işaret üretecinin çıkışını,1vp-p lik bir üçgen dalga üretecek şekilde ayarlayın. (3) Osiloskop kullanarak, Vout sinyalini ölçün. (4) R20 (50K) yi, Vout maksimum olacak ve bozulmayacak şekilde ayarlayın ve bu noktada R nin değerini belirleyin. (5) Vin2 ve Vout dalga şekillerini kaydedin. (6) Vin in frekansını değiştirin ve Adım (4) ile (5) i tekrarlayın. Deney sonuçlarını aşağıdaki şablona çizin 134

136 (7-6) İntegral devresi deneyi Şekil 7.17 Şekil blok a.6 (1) Şekil 7.16 daki devre ve blok a.6 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. 135

137 (2) IN1 giriş ucuna işaret üreteci ile osiloskop bağlayın ve işaret üretecinin çıkışını 0.1Vpp lik bir kare dalga üretecek şekilde ayarlayın. (3) Çıkış ucuna osiloskop bağlayın. Osiloskopta, doğrusallığı iyi bir üçgen dalga görülünceye kadar, R yi ayarlayın. (4) Vin1 ve Vout dalga şekillerini gözlemleyin ve kaydedin. (7-7) Alçak geçiren yükselteç deneyi Şekil

138 Şekil blok a.2 (1) Şekil 17.2 deki devre ve blok a.2 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. (2) Vi (IN3) ye 5Vpp lik sinüzoidal sinyal uygulayın ve frekansı 10Hz~15KHz aralığında ayarlayın. (3) Osiloskop kullanarak, VO çıkış dalga şeklini ölçün ve aşağıdaki tabloya kaydedin. (4) Kazancın frekansa göre değişimini gösteren frekans tepkesi eğrisini, aşağıdaki şablona çizin. 137

139 138

140 8. DENEY : OPAMP KULLANAN OSİLATÖR DEVRELERİ 1.1. Açıklayıcı Bilgiler Deneyin Amacı: 1) OPAMP ın pozitif geribesleme uygulamalarını anlamak. 2) OPAMP lı karşılaştırıcının karakteristiklerini anlamak. 3) OPAMP lı multivibratör uygulamalarını anlamak Ön Bilgi Yeni Terimler: 1)Doluluk-boşluk (duty): Şekil a da gösterilmiştir. 2) OSC: Osilatörün kısaltmasıdır. 3) Multivibratör Osilatör, gerçekte birden çok harmonik sinyalin üst üste bindirilmesinden oluşan, kare dalga (darbe) üretebilir. Bu yüzden, kare dalga çıkışı üreten osilatör, multivibratör olarak adlandırılır. Temel Prensip: OPAMP ın, önceki bölümlerde anlatılan negatif geribesleme uygulamalarına ek olarak, pozitif geribesleme uygulamaları da bulunmaktadır. Bu bölümde, sıklıkla kullanılan bazı devreler tanıtılacaktır. 1) Sıfır Karşılaştırıcı İdeal OPAMP için AV= iken, ideal olmayan OPAMP için bu değer on binler mertebesindedir. OPAMP, negatif geri besleme bağlantısı olmadan yükselteç olarak kullanılamaz. Yükseltme katsayısı olan bir yükselteç için; Vi=10mV olduğunda VO=10mVx10000 olmalıdır ki, bu değer, besleme gerilimi +VCC yada VCC olduğu için, mümkün değildir. Aynı şekilde, Vi=0.1V olduğunda VO=0.1Vx10000=1000V olmalıdır, ancak bu değer de, besleme gerilimi +VCC yada VCC ye eşit olduğu için, mümkün değildir. Bu yükselteç, +VCC yada VCC çıkış vereceği için, bozulmasız yükseltme işleminde kullanılamaz. Negatif geribesleme bağlantısı olmayan OPAMP 139

141 yükselteç olarak kullanılamaz, ancak, Şekil 1.1'de gösterildiği gibi (çift besleme gerilimi ile) karşılaştırıcı olarak kullanılabilir. Eğer a. V(+) > V(-) ise VO = +VCC b. V(+) = V(-) ise VO = 0V c. V(+) < V(-) ise VO = -VEE Şekil 1.1 Yukarıdaki üç şart arasında, b maddesini sağlamak çok zordur. OPAMP'ın AV değeri çok büyük olduğu için, V+ nın genliği V- ye tamamen eşit olmadıkça, VO=0V olmayacaktır. Ayrıca, OCL AMP ın iç dengesizliğine benzer şekilde, OPAMP iç devreleri de dengeli olmayabilir ve bu da merkez nokta geriliminin 0V olmamasına neden olur. Tek besleme gerilimli karşılaştırıcı Şekil 1.2'de gösterilmiştir. Eğer a. V(+) > V(-) ise VO = +VCC b. V(+) = V(-) ise VO = VCC / 2 c. V(+) < V(-) ise VO = 0V Şekil 1.2 Sıfır karşılaştırıcı, Şekil 1.3'te gösterilmiştir. Şekil 1.3 Sıfır karşılaştırıcı Sıfır karşılaştırıcı, V(+) veya V(-) yi sıfır potansiyel olarak toprağa bağlamak için kullanılır ve daha sonra Vi, sıfır potansiyel ile karşılaştırılır. 140

142 Eğer a. Vi > 0V ise VO = -VEE b. Vi = 0V ise VO = 0V c. Vi < 0V ise VO = +VCC Şekil 1.3 te gösterilen 10KΩ direnci, OPAMP ı korumak amacıyla, yüksek gerilimin (+12V) direk olarak OPAMP ın giriş ucuna beslenmesini engellemek için kullanılmıştır. Referans ile karşılaştırıcı, Şekil 1.4'te gösterilmiştir. Şekil 1.4 Referans ile karşılaştırıcı V(+) ya uygulanan gerilim, R1 ve R2 li gerilim bölücüden alınan sabit bir değerdir. Aşağıdaki denklemler, referans gerilim Vr ye göre ifade edilmiştir. Eğer a. Vi > Vr ise VO = -VEE b. Vi = Vr ise VO = 0V c. Vi < Vr ise VO = +VCC 2) Schmitt tetikleme devresi Dalga şekli biçimlendirme devresi olarak da adlandırılan Schmitt tetikleme devresinin temel konsepti aşağıdaki giriş ve çıkış dalga şekilleri yardımıyla açıklanabilir. Schmitt tetikleme devresinde Vi ye karşılk gelen Vo dalga şekilleri Şekil

143 Şekil 1.6, yenileyici (regenerative) karşılaştırıcı olarak da adlandırılan, evirici Schmitt tetikleme devresini göstermektedir. Vİ>VU iken VO=-VEE, Vi<VL iken Vo=+VCC dir. Yukarıdaki özellik sayesinde, çok yavaş değişen giriş gerilimi, dalga şekli aniden değişen bir çıkışa dönüştürülebilir. Ani değişim, VU ve VL eşik gerilim değerlerinde ortaya çıkacaktır. V u = V R + (V 0 V R ) R 3 R 2 + R 3 V L = V R + (V 0 V R ) R 3 R 2 + R 3 Şekil 1.6 Eviren Schmitt tetikleme devresi Şekil 1.6(a) da gösterilen devrenin girişine sinüzoidal sinyal uygulanırsa, Şekil 1.7 de gösterildiği gibi, kare dalga çıkış elde edilir. 3) Pencere karşılaştırıcı Şekil 1.7 Şekil 1.8'de gösterildiği gibi, pencere karşılaştırıcı devresi, iki karşılaştırıcıdan oluşmaktadır ve aşağıdaki prensiplere sahiptir: V u = V CC 2R R+ 2R = 2 3 V CC R V L = V = 1 CC R+ 2R 3 V CC Vi > Vu iken ; A1 in çıkışı -12V ve A2 nin çıkışı +12V olur. VL < Vi < VU iken ; A1 in çıkışı +12V ve A2 nin çıkışı +12V olur. Vi < VL iken ; A1 in çıkışı +12V ve A2 nin çıkışı -12V olur. 142

144 Eğer R 4 toprağa bağlanırsa, Şekil 1.8 V 0 = V 01 [ R 3 //R 4 ]+ R 2 +(R 3 //R 4 ) V 02 [ R 2 //R 4 ] R 3 +(R 2 //R 4 ) Eğer R4, negatif besleme gerilimine (-V EE ) bağlanırsa, V 0 = V 01 [ R 3 //R 4 ]+ R 2 +(R 3 //R 4 ) V 02 [ R 2 //R 4 R 3 +(R 2 //R 4 ) ]+ (-V EE) [ R 2 //R 3 R 4 +(R 2 //R 3 ) ] 4) Kararsız multivibratör Bir karşılaştırıcı uygulaması olan kararsız multivibratör, Şekil 1.9 (a)'da gösterilen devre ile, kare dalga üreteci olarak kullanılabilir. (a) kare dalga üreteci (b) değişken doluluk-boşluğa sahip osilatör Şekil 1.9 Şekil 1.9(a)'da gösterilen kare dalga üretecinin prensipleri: V u = +V CC R 2 R 1 + R 2, V 0 = + V CC iken 143

145 V L = V EE R 2 R 1 + R 2, V 0 = - V EE iken VC > VU iken VO = -VEE VC > VL iken VO = +Vcc VC ve VO dalga şekilleri, Şekil 1.10'da gösterilmiştir. T periyodu, RfC ile doğru orantılıdır. R2=0.86R1 iken T=2RfC, f=1/t=1/(2rfc) R2=R1 iken T=2.2RfC, f=1/t=1/(2.2rfc) Şekil 1.10 Kararsız multivibratörün Vc ve Vo dalga şekilleri Şekil 1.9 da, değişken doluluk boşluk oranlı bir osilatör gösterilmiştir. Bu devrede C şarj kondansatörünün şarj yolu, Şekil (b) den farklı olarak, ikiye bölünmüştür. Çıkış gerilimi +VCC iken, C kondansatörü R3(ab), D1 ve C üzerinden geçen akımla şarj edilir, D2 kesime gider ve şarj zaman sabiti T1=[R+R3(ab)] C olur. VC, VU gerilimine ulaştığında, VO gerilimi, VEE değerine değişecektir. Pozitif alternansın devam etme süresi, [R+R3(ab)] C tarafından belirlenir. Çıkış gerilimi VEE iken, C kondansatörü, R3(bc), D2 ve R üzerinden geçen akımla şarj edilir (negatif gerilim ile şarj edilir), D1 kesime gider ve şarj zaman sabiti T2=[R+R3(bc)] C olur. VC, VL gerilimine ulaştığında, VO gerilimi, yeniden +VCC değerine değişecektir. Negatif alternansın devam etme süresi, [R+R3(bc)] C tarafından belirlenir R3 ayarlanarak, T1/(T1+T2) oranı, yani doluluk boşluk oranı değiştirilebilir. 144

146 1.3. Deneyin Yapılışı Kullanılacak Elemanlar 1) KL-200 Lineer Devre Deney Düzeneği 2) Deney Modülü: KL ) Ölçü Aletleri: 1. Voltmetre. 2. Osiloskop. 3. İşaret üreteci. 4) Araç: Temel el araçları. 5) Malzemeler: KL da gösterildiği gibi. DENEYLER 1) Schmitt Tetikleme Deneyi 1) Şekil 1.10 daki devre ve blok c.3 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. VR2 (VR10K) yi giriş ucuna bağlayın. 2) VR10K yı ayarlayarak, VIN (TP1) giriş gerilimini, -12V dan +12V a kadar değiştirin. Vo (OUT) daki gerilim değerini gözlemleyin ve Şekil (1) e kaydedin. 3) Adım (2) ve (3) te, Vin ile Vout arasındaki ilişkiyi gözlemleyin. VU ve VL noktalarını belirleyin. VU : üst eşik noktası VL : alt eşik noktası 4) Giriş ucuna 1KHz / 6Vp-p lik sinüzoidal sinyal uygulayın. Vo daki dalga şeklini gözlemleyin ve Şekil (1) e kaydedin. Şekil (1) 145

147 Şekil 1.10 Şekil blok c.3 2) Tek Kararlı Multivibratör Deneyi 1) Şekil 1.11 deki devre ve blok a.1 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. 2) Giriş ucuna 100Hz / 18Vp-p lik kare dalga uygulayın. Osiloskop kullanarak, TP2, TP3 ve TP6 (OUT) daki dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. 146

148 Şekil (2) Şekil

149 Şekil blok a.1 3) Kararsız Multivibratör Deneyi 1) Kare Dalga Üreteci 1) Şekil 1.12(a) daki devre ve blok a.2 bağlantı diyagramına göre kısadevre klipslerini yerleştirin. 2) Osiloskop kullanarak, Vo daki ve C3 kondansatörü uçlarındak (TP3) dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. Şekil (3) 148

150 Şekil 1.12 (a) Şekil blok a.2 149

151 2) Ayarlanabilir Doluluk-Boşluk Oranlı Osilatör 1) Şekil 1.12(b) deki devre ve blok a.3 bağlantı diyagramına göre kısa-devre klipslerini yerleştirin. 2) VR3 (VR100K) ü ayarlayın. Vo (OUT) ve VC (TP3) dalga şekillerini gözlemleyin ve Tablo 1 e kaydedin. Tablo 1 Şekil 1.12(b) 150