00316 ELEKTRONĐK DENEY FÖYLERĐ

Transkript

1 Đnönü Üniversitesi Mühendislik fakültesi, Elektrik-Elektronik Bölümü ELEKTRONĐK DENEY FÖYLERĐ Ders Sorumlusu: Yard. Doç. Dr. M. E. Tagluk Bu dönemde yedi deney + bir uygulamalı ödev olarak bir ses anfisi (yükselteç) yapılacaktır. Deneylerin başarılı bir şekilde yapılabilmesi için birinci dönemde yaptığınız deneylerin tümünü çok iyi bilmeniz gerekmektedir. Takıldığınız noktaları Laboratuar danışmanınıza veya ders sorumlusundan yardım alabilirsiniz. Uygulama Ödevi: Mıkrofon AUDIO (Ses) YÜKSELTECĐ Pre-anfi, Orta kat-anfisi ve Son kat anfisi. Hoparlör Özellikle son iki hafta yoğunlaşacağımız bu ses anfisini ikinci dönem boyunca hazırlanmaya çalışılacaktır. Anfi şeması özellikle verilmeyişinin nedeni her öğrencinin kendi çabasıyla araştırıp uygun bulduğu bir anfi devresini tasarlamasıdır. 1

2 DENEY NO : 1 DENEY ADI: Darlington düzenleme yükseltecin analizi. AMAÇ : BJT li Darlington düzenleme yükseltecin laboratuar şartlarında Gerilim, Akım kazançları, Giriş ve çıkış empedanslarını ölçme ve değerlendirme. Şekil 1.1 de verilen Darlington yükselteç için; R B =500K, R E =5K ve R L =5K için, a) devrenin DC analizini yapınız. b) Devrenin AC analizini yapınız. Av, Ai ve Ap kazançlarını hesaplayınız. c) Devrenin giriş ve çıkış empedanslarını orta frekans bandında hesaplayınız. V CC =20V R B Q1 Q2 hie=3.5k hie=0.13k hfe=50 hfe=50 hoe=10µs hoe=10µs Ci=10µF Co=20µF I E R E R L Z i Z o Şekil Şekil 1.1 de verilen Darlington yükselteç devresini kurunuz ve Q kesime girmeden ve maximum oluncaya kadar R B potansiyometresini ayarlayınız. (Not eğer 500K küçük gelirse daha büyük pot kullanınız). Giriş geriliminin frekansını 1KHz ye ayarlayınız. 2. Devrenin Akım ve gerilim kazançlarını osiloskop kullanarak ölçünüz. 3. Devrenin giriş ve çıkış empedanslarını ölçünüz. Elde ettiğiniz Av ve Ai ölçümlerinden Ap yi hesaplayınız. Bulduğunuz pratik ve teorik sonuçları karşılaştırınız. Olası farklılıkların nedenini açıklayınız. Bu tür devreler niçin gereklidir? Nerelerde kullanılır? Açıklayınız. Malzeme Listesi: Devrede bulunan rezistanslar, kapasianslar 2x5K, 500Kpot, 10,20µF, 1 adet NPN, 1 adet güçlü NPN (BD serisinden) transistor. 2

3 DENEY NO : 2 DENEY ADI: Çift Kutuplu eklem transistörlü (BJT) ses amplifikatörün frekans analizi AMAÇ : BJT li ses yükselteçlerin frekans tepkisini laboratuar şartlarında elde etmek ve devre parametrelerinin frekans tepkisine etkisini incelemek. Şekil 2.1 de verilen anfi için; =50K, R 2 =10K, R C =5K, R E =1K, R L =10K, hie=1k, hfe=100 C i =10µF, C o =10µF ve C E =20µF ise, a) Devrenin DC analizini yapınız. b) Devrenin AC analizini yapınız. c) Devreye bağlanan C i C o ve C E kapasitanslardan hangisi devrenin alçak kesim frekansını belirler? hesaplayınız. d) Eğer R L yerine bu anfinin aynısından bir tane daha bağlanırsa (iki bir katlı anfi olursa) frekans tepkisi nasıl değişir? e) Eğer C i =20µF, C o =20µF ve C E =50µF ise devrenin frekans tepkisi nasıl olur? V CC =20V R C R S Co Ci R 2 R E C E R L Şekil Şekil 2.1 de verilen devreyi kurunuz ve V oq =/2 oluncaya kadar R 2 yi ayarlayınız. 2. Devrenin frekans cevabını osiloskop kullanarak C i =1µF, C o =1µF ve C E =20µF için elde ediniz ve defterinize ölçekli olarak çiziniz. a. Devrenin Vi girişine sinyal generatörünü bağlayınız ve 1KHz de devrenizin çıkışı kesime gitmeyecek şekilde AC genliği ayarlayınız. b. Sinyal jeneratörün frekans düğmesini sıfır dan başlayarak yavaş yavaş arttırarak osiloskop ile devrenin çıkış gerilimini okuyup kayd ediniz (en az on değer). c. Okuduğunuz bu değerleri birleştirerek devrenin frekansa bağlı tepkisi elde edilecektir. d. Devrenin kesim frekanslarını maximum çıkış genliğini ile çarpıp elde edilen değere karşılık gelen genliğin elde edildiği frekanslari okuyarak defterinize not ediniz. 3 Size verilen kapasitanslardan C i, C o ve C E nin her birisi için ayrı ayrı üç değişik kapasitans değeri için 2. şıkkı tekrarlayınız ve kapasitansların frekans cevabı üzerindeki etkisini saptayınız. 4 R L yerine bu anfinin aynısından bir tane daha kurup devreyi iki katlı bir anfi haline getiriniz ve tüm devrenin frekans tepkisini C i =1µF, C o =1µF ve C E =20µF için elde edip çiziniz. Elde ettiğiniz ölçümlerden yola çıkarak devredeki kapasitanslarının frekans tepkisini nasıl etkilediğini yorumlayınız. Buna göre ses anfisi tasarımında devre elemanlarının seçiminde nelere dikkat edilmelidir açıklayınız. Malzeme Listesi: Devrede bulunan rezistanslar, kapasianslar 1, 10, 20,50,100µF, 2 tane NPN transistor 3

4 DENEY NO : 3 DENEY ADI: Alan etkili transistörlü (FET) amplifikatörün frekans analizi AMAÇ : FET li ses anfilerin frekans tepkisini laboratuar şartlarında elde etmek ve devre parametrelerinin frekans tepkisine etkisini incelemek. Şekil 3.1 de verilen anfi için; R G =1M, R D =5K, V P =-6V, I DSS =10mA, C i =10µF, C o =10µF ve C S =20µF ise, a) Ddevrenin DC analizini yaparak V O =V DD /2 olacak şekilde R S i hesaplayınız. b) Devrenin AC analizini yapınız c) Devreye bağlanan C i C o ve C E kapasitanslardan hangisi devrenin alçak kesim frekansını belirler? hesaplayınız. d) Eğer R L yerine bu anfinin aynısından bir tane daha bağlanırsa (iki bir katlı anfi olursa) frekans tepkisi nasıl değişir? e) Eğer C i =20µF, C o =20µF ve C E =50µF ise devrenin frekans tepkisi nasıl olur? V DD =20V Ci R D C O V o R G Vs C s R L R S Şekil Şekil 3.1 de verilen devreyi kurunuz ve V oq =/2 oluncaya kadar R S i ayarlayınız. 2. Devrenin frekans cevabını osiloskop kullanarak C i =1µF, C o =1µF ve C E =20µF için elde ediniz ve defterinize ölçekli olarak çiziniz. a. Devrenin Vi girişine sinyal generatörünü bağlayınız ve 1KHz de devrenizin çıkışı kesime gitmeyecek şekilde AC genliği ayarlayınız. b. Sinyal jeneratörün frekans düğmesini sıfır dan başlayarak yavaş yavaş arttırarak osiloskop ile devrenin çıkış gerilimini okuyup kayd ediniz (en az on değer). c. Okuduğunuz bu değerleri birleştirerek devrenin frekansa bağlı tepkisi elde edilecektir. d. Devrenin kesim frekanslarını maximum çıkış genliğini ile çarpıp elde edilen değere karşılık gelen genliğin elde edildiği frekanslari okuyarak defterinize not ediniz. 3. Size verilen kapasitanslardan C i, C o ve C E nin her birisi için ayrı ayrı üç değişik kapasitans değeri için 2. şıkkı tekrarlayınız ve kapasitansların frekans cevabı üzerindeki etkisini saptayınız 4. R L yerine bu anfinin aynısından bir tane daha kurup devreyi iki katlı bir anfi haline getiriniz ve tüm devrenin frekans tepkisini C i =1µF, C o =1µF ve C E =20µF için elde edip çiziniz. Elde ettiğiniz ölçümlerden yola çıkarak devredeki kapasitanslarının frekans tepkisini nasıl etkilediğini yorumlayınız. Buna göre ses anfisi tasarımında devre elemanlarının seçiminde nelere dikkat edilmelidir açıklayınız. Malzeme Listesi: Devrede bulunan rezistanslar, kapasianslar 1, 10, 20,50,100µF, 2 tane FET transistor 4

5 DENEY NO : 4 DENEY ADI: Büyük sinyal yükselteçlerinin analizi. AMAÇ : Ses anfilerinin çıkış katında bulunan büyük sinyal yükselteçlerini laboratuar şartlarında tasarlamak ve devrenin frekans tepkisini ve verimini ölçmek. Şekil 4.1 a ve b de verilen büyük sinyal anfileri için; =R 2 =20K, R=5Kpot, ise, a) Ddevrenin DC analizini yaparak V O, I O çıkış gerilimi ve akımını hesaplayınız.. b) Devrenin verimini (Po/Pi) hesaplayınız. Maximum verim için =R 2 ve R değerlerini yeniden hesaplayınız. c) Devrenin giriş ve çıkış empedanslarını hesaplamaya çalışınız. V CC =20V V CC =20V C 1 =1µF Q 1 Q 1 C i =1µF Vi R V O R C 0 =20µF V 0 R 2 Q 2 R L =8Ω C 2 =1µF Q 2 R L =8Ω -V EE =-20V R 2 (a) (b) Şekil Şekil 4.1 a da verilen tümler devreyi kurunuz. 2. Devrenin çıkı (=Vi) olacak şekilde maksimum bozulmasız çıkış AC gerilimi içim R direncini ayarlayınız. Po/Pi verimini osiloskop la ölçerek bulunuz. Devrenin frekans tepkisi için: a. Devrenin Vi girişine sinyal generatörünü bağlayınız ve 1KHz de devrenizin çıkışı kesime gitmeyecek şekilde AC genliği ayarlayınız. b. Sinyal jeneratörün frekans düğmesini sıfır dan başlayarak yavaş yavaş arttırarak osiloskop ile devrenin çıkış gerilimini okuyup kayd ediniz (en az on değer). c. Okuduğunuz bu değerleri birleştirerek devrenin frekansa bağlı tepkisi elde edilecektir. d. Devrenin kesim frekanslarını maximum çıkış genliğini ile çarpıp elde edilen değere karşılık gelen genliğin elde edildiği frekanslari okuyarak defterinize not ediniz. 3. Şekil 4.1. b de gösterilen yarı-tümler devre için 1. ve 2. deney şıklarını tekrarlayınız.. Elde ettiğiniz ölçümlerden yola çıkarak her iki devre için elde ettiğiniz sonuçları karşılaştınız. Devrenin verimini yükseltmek için ne yapılmalıdır. Çıkış katında kullanılan bu yükselteçler hangi gruba girer ve neden bu tür yükselticilere ihtiyaç duyulmaktadır. Malzeme Listesi: Devrede bulunan rezistanslar 2x10K, 5Kpot, 8 vya10ω, kapasianslar 1,20µF, 2 tane düşük güçlü BJT (PNP ve NPN), 2 tane düşük güçlü BJT (NPN) transistor 5

6 DENEY NO : 5 DENEY ADI: Fark yükselteçlerinin analizi. AMAÇ : Đki gerilim arasındaki farkı ölçmek için transistorlu fark yükselteçlerini laboratuar şartlarında tasarlamak, devrenin frekans tepkisini ölçmek ve R E direncinin devrenin Ortak işareti bastırma oranı üzerindeki etkisini ölçerek belirlemek. Şekil 5.1 a de verilen fark yükselteci için; V CC =V EE = 10V ve R C =5K, R E =100K, ise, a) Eğer Vi 1 =Vi 2 ise devrenin DC analizini yaparak V O1, ve V O2 çıkış gerilimlerini hesaplayınız. b) Eğer Vi 1 = -Vi 2 ise devrenin DC analizini yaparak V O1, ve V O2 çıkış gerilimlerini hesaplayınız. c) Eğer Vi 1 =Vi 2 ise devrenin AC analizini yaparak ortak-mod gerilim kazancı A c. yi hesaplayınız. d) Eğer Vi 1 = -Vi 2 ise devrenin AC analizini yaparak fark-mod gerilim kazancı A d. yi hesaplayınız. e) R E =100K ve R E =1K için devrenin Ortak Đşareti Bastırma Oranı (CMRR) nı hesaplayınız. 1 R b1 =1K R C V O1 V O2 R C R b2 =1K 2 I DSS = I E r d =100K V p =-6V I DSS =10mA R 2 R E I C =I E R E -V EE (a) (b) (c) Şekil Şekil 5.1 a da verilen fark yükselteç devresini kurunuz. (V CC =V EE = 10V ve R C =5K, R E =100K) 2. Vi 1 =Vi 2 için R E =100K ve R E =1K için devrenin A C sini ölçünüz. 3. Vi 1 = -Vi 2 için R E =100K ve R E =1K için devrenin A d sini ölçünüz 4. R E yerine Şekil 5 1.b de verilen FET li sabit akım kaynağını kullanarak 2 ve 3. şıkları tekrarlayınız. 5. R E yerine Şekil 5 1.c de verilen BJT li sabit akım kaynağını kullanarak 2 ve 3. şıkları tekrarlayınız. (R E =100K ve R K pot.) Elde ettiğiniz ölçümlerden yola çıkarak her üç durum için (R E rezistans iken ve sabit akım kaynağı iken) devrenin Ortak Đşareti Bastırma Oranını (CMRR) ölçtüğünüz değerleri kullanarak hesaplayınız ve karşılaştırınız. Bunlardan hangisi daha iyidir?. Malzeme Listesi: Devrede bulunan rezistanslar 2x5K, 100K, 3x1K, transistörler:3xnpn BJT 1xFET, bir adet 5V lık zener, bir adet 10K pot. 6

7 DENEY NO : 6 DENEY ADI: Đşlemsel yükseltici (Operational amplifier; OPAMP) deneysel analizi. AMAÇ : Elektronik devrelerinde sıkça kullanılan Đşlemsel yükselticilerin (OPAMP) laboratuar şartlarında incelemek ve OPAMP kullanarak yükseltici ve fark yükseltici tasarlamak, devrenin frekans tepkisini ve Ortak Đşareti Bastırma Oranını (Common Mode Rejection Ratio; CMRR) ölçerek belirlemek. Not: OPAMP ın bacak bağlantıları Şekil 5.1.a da verilmiştir. Şekil 6.1 c ve d de verilen OPAMP lı yükseltec için V CC =-V CC = 10V ve =1K, R F =100K, ise, a) Devrenin analizini yaparak /Vi transfer fonksiyonunu çiziniz. Vi=1mse =? hesaplayınız. b) Şekil 6.1 d için =R 2 =1K, R F1 = R F2 =100K alınız. 1 =2 =1se ı hesaplayınız. c) 1 =-2 = 1V için ve 1 =1V,2 =0 için ı hesaplayınız ve karşılaştırınız K (a) (b) R F R F1 1-2 R 2 - R F2 (c) (d) Şeki Şekil 6.1 c deki Vi=1 sinωt mvdevrenin ve /Vi transfer fonksiyonunu ölçünüz. Not: OPAMP tan daha iyi sonuç alabilmek için öncelikle Şekil 5.1.b de gösterildiği gibi OPAMP ın 1,7 ve 5 nolu uçları arasına bir yaklaşık 25K lık bir pot bağlayınız. 1 =2 =1çin =0 oluncaya kadar pottansiyometreyi ayarlayınız. Bu ayarlamaya DC ofset ayarlaması denir. 2. Şekil 6.1 d için =R 2 =1K, R F1 = R F2 =100K bağlayınız. 1 =2 =1se ı çlçünüz =-2 = 1V için ve 1 =1V,2 =0 için ı ölçünüz ve karşılaştırınız. A d ve A C yi bulunuz ve 3. şıkları 1 =2 = 1 sinωt ve 1 =1 sinωt 2 =1 sin(ωt+π/2) için tekrarlayıp vi ve ı aynı ölçekte çiziniz. (Not: π/2 faz açısını bir kapasitans yardımıyla gerçekleştiriniz). Şekil 6.1 d için elde ettiğiniz ölçümlerden yola çıkarak devrenin Ortak Đşareti Bastırma Oranını (CMRR) hesaplayınız ve karşılaştırınız. Bunlardan hangisi daha iyidir?. Malzeme Listesi: Rezistanslar 2x1K, 2x100K ve 25K pot. 741 OPAMP ve 10µF Capasitans. 7

8 DENEY NO : 7 DENEY ADI: Aktif filtrelerin (Operational amplifier; OPAMP) deneysel analizi. AMAÇ : Elektronik devrelerinde sıkça kullanılan Đşlemsel yükselticilerin (OPAMP) laboratuar şartlarında Alçak geçiren filtre (AGF), Yüksek geçiren filtre (YGF), Bant geçiren filtre (BGF) ve Bant söndüren filtre (BSF) olarak kullanılması. Şekil 7.1 a ve b de verilen OPAMP lı birinci dereceden aktif AGF ve YGF için V CC =-V CC = 10V ve gerilim kazancı ise R F / dir. (Örneğin =10R F =10K alabilirsiniz). Buna göre: a) AGF için C=100µF ve R=10K ise devrenin yüksek kesim frekansını bulunuz. b) YGF için C=10µF ve R=10K ise devrenin alçak kesim frekansını bulunuz. c) AGF ve YGF devreleri seri bağlandığında elde edilecek BGF nin kesim frekanslarını hesaplayarak frekans tepkisini çiziniz. d) AGF ve YGF devreleri parallel bağlandığında elde edilecek BSF nin kesim frekanslarını hesaplayarak frekans tepkisini çiziniz. Not: Alçak kesim frekansı ve yüksek kesim frekansı sırasıyla 1 f LC = ve 2πRC 1 f HC = ile hesaplanır. Burada, R ve C ilgili devrenin elemanlarıdır. 2πRC R F R F R C - C R - (a) Şeki 7. 1 (b) 1. Şekil 7.1 a da verilen AGF nin yüksek kesim frekansını R potansiyometresi ile 5KHz e ayarlayın. 2. Şekil 7.1 b da verilen YGF nin alçak kesim frekansını R potansiyometresi ile 1KHz e ayarlayın. 3. AGF ve YGF devreleri seri bağlandığında elde edilecek BGF nin kesim frekanslarını ölçünüz ve frekans tepkisini çiziniz. 4. AGF ve YGF devreleri parallel bağlayıp alçak kesim frekansı 2KHz ve yüksek kesim frekansı 5Khz olan bir bant söndüren filtre tasarlayınız. (Kesim frekansları R potansiyometresi ile ayarlayınız). Şekil 7.1a ve b için elde ettiğiniz ölçümleri hesapladığınız değerlerle karşılaştırınız ve olası farklılıkların nedenini açıklayınız. Malzeme Listesi: Rezistanslar 2x1K, 2x10K, 2x100K ve 2x50K pot. OPAMP 2x741 ve Capasitans 2x100µF. 8

9 DENEY RAPORLARININ HAZIRLANIŞI Tarih : Deneyin Adı : Deneyi yapanın ismi : Deney partnerlerin ismleri: Deneyin Amacı : deneyin amacı yazılacak Ön çalışma: Ön çalışmanın tamamı yapılacaktır. Mazereti olmaksızın ön çalışmayı yapmayan öğrenciler labaratuvara alınmayacaktır. Đşlem Basamakları: 1. Deneyin her basamağı teker teker yapılacaktır. Elde edilen sonuçlar kayıt edilecektir. 2. Varsa şekil veya çizim şekil 1 deki gibi sayfa ortasında verilecek. Eğer şekildeki bir ayrıntıyı vurgulamak istersek gereki bölge hemen şeklin yanına büyültülmüş olarak çizilecek. Şekil 1. şekil açıklanacak 2. Aynı işleme tabi deneyden alınan sonuçların grafiği Şekil 2 deki gibi aynı grafikte gösterilecek her tülü boyut ve detay verilecek. Vi, Ii Ii Vi t T/2 T 3T/2 2T Şekil 2. şekil açıklanacak Sonuç değerlendirmesi yapılacak ve sorulan sorular cevaplandırılacak. 9