ANALOG FİLTRELEME DENEYİ

Transkript

1 ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ANALOG FİLTRELEME DENEYİ Ölçme ve telekomünikasyon tekniğinde sık sık belirli frekans bağımlılıkları olan devreler gereklidir. Genellikle belirli bir frekans bandının iletimi ve bir diğerinin bastırılması gerekir. Bir filtre devresi, belli bir frekans bandını geçirerek ve bu frekansın dışındakileri zayıflatmak amacı ile geliştirilmiş, aktif veya pasif bir devredir. *Pasif filtre devreleri; direnç, self ve kapasitif elemanlar içerir. *Aktif filtreler ise bunlara ilaveten transistor veya opamp gibi aktif devre elemanları içerirler. *Aktif filtrelerde self elemanı kullanılmaz. *Aktif filtreler, pasif filtrelere nazaran birçok üstünlük içerirler. Örneğin filtrenin geçirgen olduğu frekanslarda bir zayıflatma olmaz. Bu filtrelerde giriş empedansı çok yüksek, çıkış empedansı ise çok düşüktür. * Opampın band genişliği sınırlı olduğundan bazı frekanslarda filtreleme işlemi yapmak mümkün değildir. *Bir süzgecin en önemli özelliklerinden birisi, süzgecin geçiş ve durma bandındaki kazanç değerleridir. Kazanç basit olarak çıkış sinyalinin giriş sinyaline oranıdır. Kazanç(Av) değeri 1 den büyük ise çıkış sinyali giriş sinyalinden büyüktür. Kazanç(Av) değeri 1 den küçük ise çıkış sinyali giriş sinyalinden küçüktür. Durma bandındaki kazanç çok küçük olabildiğinden desibel (db) cinsinden ifade edilir Süzgeçler kazanç eğrilerinin karakteristik özelliklerine göre Butterworth süzgeç, Chebyshev süzgeç, Eliptik süzgeç (Cauer süzgeç) olarak sınıflandırılabilir. Çeşitli derecelerde aktif filtre yapmak mümkündür. Filtreler geçirgen oldukları frekans bandına göre alçak geçiren, yüksek geçiren, band geçiren ve band (selektif)durduran filtre olarak ayrılabilir. Kazanç Eğrilerinin Karakteristik Özelliklerine Göre Filtreler 1. Butterworth süzgeç Geçiş bandında ve durdurma bandında dalgalanma yoktur. Fonksiyon tekdüze olarak azalır. Butterworth süzgeç diğer süzgeçlerden farklı olarak, derecesi arttığında durma bandındaki sert düşüş dışında frekans genlik eğrisinde şeklini korur. Butterworth süzgeç, Chebyshev ve Eliptik süzgeçlere göre daha geniş geçiş bölgesine (transition region) sahip olduğundan, durma bandı özelliklerinin doğru olarak uygulanabilmesi için yüksek derecelere ihtiyaç duyar. Chebyshev ve Eliptik süzgeçlere göre daha doğrusal bir frekans tepkisine sahiptir. 1

2 Şekil 1. Butterworth süzgeçin değişen derecelere göre kazanç frekans grafiği 2. Chebyshev süzgeç Geçirme bandı Butterworth süzgece göre daha dardır ve geçirme (veya durdurma) bandında dalgacıklar vardır. Chebyshev süzgeci mevcut dalgacıklar dışında bu özelliği sayesinde ideal süzgece daha yakındır. Eğer süzgeçte dalgacıklar geçirme bandında ise bu Chebyshev 1. tipi süzgeçtir. Eğer dalgacıklar durdurma bandında ise Chebyshev 2. tip süzgeç olarak isimlendirilir. Eğer dalgacıklar her iki bantta ise bu durumda ortaya çıkan süzgece Eliptik süzgeç denir. Eliptik süzgeçlerin geçiş bandı iki çeşit süzgeçten de daha kısadır. Dolayısıyla ideale en yakın süzgeçtir. Ancak tasarımı zordur. Şekil 2. Chebyshev süzgecin kazanç frekans karekteristiği 2

3 3. Eliptik süzgeç (Cauer süzgeç) Eliptik süzgeç, geçirme ve durma bandında sayıları birbirinden bağımsız olarak değiştirilebilen, eş dalgacıklar barındıran bir elektronik süzgeç çeşididir. Aynı dereceden başka bir süzgece göre geçiş bölgesi daha kısadır. Eliptik süzgeç, tanıtılan diğer süzgeçlere bu dalgacıkların karakteristiklerinin değiştirilmesiyle dönüşebilir. Durma bandındaki dalgacıklar sıfıra yaklaştığında Chebyshev tip1, geçirme bandındaki dalgacıklar sıfıra yaklaştığında Chebyshev tip2, her iki banttaki dalgacıklar sıfıra yaklaştığında da Eliptik süzgeç Butterworth süzgece dönüşebilir. Şekil 3. Eliptik süzgecin kazanç frekans karakteristiği Geçirgen Oldukları Frekans Bandına Göre Filtreler 1.Alçak Geçiren Filtre Alçak geçiren filtre, belirli bir köşe frekansının altıdaki frekansları geçiren üstündekileri ise zayıflatan bir devredir. Köşe frekansına fl denir. fl, aynı zamanda; frekansı, -3dB frekansı veya kesim frekansı olarak ta isimlendirilir. Şekil 4. AGS in genlik frekans tepkesi 3

4 2. Yüksek Geçiren Filtre ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ Yüksek geçiren filtre; belirli bir köşe frekansının yalnız üzerindeki frekansları geçiren, Altındaki frekansları ise zayıflatan filtre devresidir. Yüksek geçiren filtre, Alçak geçiren filtrenin simetriğidir. Şekil 5. YGS nin genlik frekans tepkesi 3. Band Geçiren Filtre Band geçiren filtre, belirli bir frekans aralığındaki işaretleri geçiren dışındaki işaretleri ise geçirmeyen bir filtre devresidir. Merkez (Fc) frekansının her iki yanındaki yarı güç noktaları arasında bir grup frekansta çalışır. (Filtrenin çıkış geriliminin ve kazancının maksimum olduğu frekansa Merkez frekansı denir) Bu frekans sınırları dışında frekans zayıflar. En büyük çıkış gerilimi Merkez frekansında oluşur ve bu nokta tepe noktası olarak adlandırılır. Şekil 6. BGS nin genlik frekans tepkesi 4

5 4. Band Durduran Filtre ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ İstenmeyen veya parazit etkisi yapan işaretlerin devre üzerindeki etkisini azaltmak veya yok etmek için band söndüren filtreler kullanılmaktadır. Özellikle şehir şebekesinden dolayı oluşan parazitlerin çeşitli elektronik cihazlarda bozucu etkisini önlemek amacı ile bu tip filtrelerden yararlanılmaktadır. Band söndüren filtrelere band durduran filtrede denilmektedir. Band durduran filtrenin fonksiyonu band geçiren filtrenin tersidir. Bu tip bir filtrede band genişliği içerisindeki belli bir grup frekans hariç, diğer tüm frekansların geçişine izin verilir. Şekil 7. BDS nin genlik frekans tepkesi DENEYİN YAPILIŞI Alçak Geçiren Süzgeç Deneyi 1) Şekil 8 deki devreyi kurunuz. Sinyal üretecinin çıkışını tepeden tepeye 5 volta ayarlayıp, sinyal üretecini ve osiloskobu giriş terminaline bağlayınız. Şekil 8. AGS in bağlantı şeması 5

6 2) Sinyal üretecinin frekansını 20 Hz ile 20 khz arasında değiştirerek, çıkış işaretinin tepeden tepeye genliğini ölçüp, tabloya yazınız. 3) Tablodaki değerleri kullanarak eğrisini çiziniz. 4) Aşağıdaki formülü kullanarak yi hesaplayınız. 6

7 Yüksek Geçiren Süzgeç Deneyi 1) Şekil 9 daki devreyi kurunuz. Sinyal üretecinin çıkışını tepeden tepeye 5 volta ayarlayıp, sinyal üretecini ve osiloskobu giriş terminaline bağlayınız. Şekil 9. YGS in bağlantı şeması 2) Sinyal üretecinin frekansını 20 Hz ile 20 khz arasında değiştirerek, çıkış işaretinin tepeden tepeye genliğini ölçüp, tabloya yazınız. 3) Tablodaki değerleri kullanarak eğrisini çiziniz. 7

8 ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 4) Aşağıdaki formülü kullanarak yi hesaplayınız. Band Geçiren Filtre 1) Şekil 8 deki ve Şekil 9 daki devreyi birbirine seri bağlayarak devreyi kurunuz. Sinyal üretecinin çıkışını tepeden tepeye 5 volta ayarlayıp, sinyal üretecini ve osiloskobu giriş terminaline bağlayınız. Şekil 10. Band Geçiren Süzgeç 2) Sinyal üretecinin frekansını 20 Hz ile 20 khz arasında değiştirerek, çıkış işaretinin tepeden tepeye genliğini ölçüp, tabloya yazınız. 8

9 3) Tablodaki değerleri kullanarak eğrisini çiziniz. 4) Aşağıdaki formülü kullanarak band genişliğini (BG= ) hesaplayınız. 9

10 Band Durduran Süzgeç Deneyi 1) Şekil 8 deki ve Şekil 9 daki devreyi birbirine paralel bağlayarak devreyi kurunuz. Sinyal üretecinin çıkışını tepeden tepeye 5 volta ayarlayıp, sinyal üretecini ve osiloskobu giriş terminaline bağlayınız. Şekil 11. Band Durduran Süzgeç 2) Sinyal üretecinin frekansını 20 Hz ile 20 khz arasında değiştirerek, çıkış işaretinin tepeden tepeye genliğini ölçüp, tabloya yazınız. 3) Tablodaki değerleri kullanarak eğrisini çiziniz. 10

11 4) Aşağıdaki formülü kullanarak band genişliğini (BG= ) hesaplayınız. 11