DENEY 1. İşlemsel Kuvvetlendiricili (OP-AMP) Devrelerin AC Uygulamaları

Transkript

1 ULUDĞ ÜNİESİTESİ MÜHENDİSLİK FKÜLTESİ ELEKTİK-ELEKTONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELN04 Elekrik Devreleri Laborauarı II Bahar DENEY İşlemsel Kuvvelendiricili (OP-MP) Devreler Uygulamaları Deneyi Yapanın Değerlendirme dı Soyadı : Ön Hazırlık ve Deney Bilgisi (0 / 00) : / 00 Deney Düzeneği Kurulumu (5 / 00) : / 00 Numarası : Ölçü leler Kullanımı (0 / 00) : / 00 Deney Sonuçları (30 / 00) : / 00 Zamanında Tamamlama (5 / 00) : / 00 Deney Grubu : DENEY NOTU (00 / 00) : / 00 Sonuçların Yorumlanması (90 / 00) : / 00 Deney Tarihi : apor Düzeni (0 / 00) : / 00 İmza : Değerlendiren : PO NOTU (00 / 00) : / 00 Doç. Dr. Figen ETŞ

2 Deney : İşlemsel Kuvvelendiricili (OP-MP) Devreler Uygulamaları MÇL. Op-amplı devrelerde besleme gerilimi ve yük direnc çıkış gerilime ekis celenmesi. Op-amplı devreler giriş ve çıkış işareleri arasındaki kazanç ve faz farklarının ölçülmesi 3. İsenilen değerde kazanç ve faz farkına sahip op-amplı devre asarımının yapılması ÖNBİLGİ. Op-amp bacak (p) bağlanıları ref EE 6 o ref EE o ref EE o 7. i 3 6 i i o (c) Şekil. LM74 ümdevres bacak bağlanıları. Çıkış gerilimi maksimum değer sınırlanması Op-amplı bir devren girişe süzoidal bir işare uygulandığında çıkış gerilimi de EE < 0 < şarını sağlayacak şekilde süzoidal bir işare olur (Şekil a). Eğer giriş gerilimi epe değeri ( ) n kazançla çarpılmasıyla elde edilen çıkış gerilimi epe değeri (K ) yukarıda belirilen şarı sağlamazsa, çıkış işarede kırpılma meydana gelir (Şekil b). K. o op-p o K. EE Şekil. Evirmeyen kuvvelendiricide a) kırpılmasız b) kırpılmalı durumda giriş ve çıkış işareler değişimi Şekil c deki op-amp eşdeğeri göz önüne alınırsa, op-amplı devren çıkışına bir yük direnci bağlanarak op-ampan akım çekildiğde, çıkış direnci ( 0 ) üzerde bir gerilim düşümü meydana gelir. Bu durumda çıkış gerilimi maksimum değeri EE o < 0 < - o şarıyla sınırlanır. Bu nedenle kırpılmasız durumda elde edilebilecek maksimum epeden epeye çıkış gerilimi ( 0( p p) ) değeri küçülür. p-p (p-p: peak o peak, epeden epeye) değeri, işare maksimum ve mimum değerleri arasındaki farkır. Doç. Dr. Figen ETŞ

3 Şekil 3b de evirmeyen bir kuvvelendiriciye ai çıkış gerilim, giriş gerilimi ile değişimi ifade eden grafik görülmekedir. Bu grafik, osiloskobun XY modunda ölçüm yapılarak elde edilebilir. o o < max o EE o > m EE Şekil 3. Evirmeyen kuvvelendiricide çıkış işare giriş işarei ile değişimi XY modunda çalışan osiloskopa H (kanal ) girişe uygulanan işare düşey (y) ekseni, H (kanal ) girişe uygulanan işare ise yaay (x) ekseni arar. Bu sayede çıkış işare giriş işaree göre değişimi ekranda görünülenir. 3. Op-amplı fazör devreler Şekil 4 de op-amplı eviren ve evirmeyen kuvvelendirici devreleri ve ransfer fonksiyonları görülmekedir. Devreler Z ve Z empedanslarını içermekedir. Burada ve o ifadeleri, süzoidal giriş ve çıkış gerilimler fazör göserimleridir. Z Z Z Z EE o o Z Z EE o o Z Z Şekil 4. Op-amplı a) eviren b) evirmeyen kuvvelendirici devreleri 4. Op-amplı ürev alıcı devre Şekil 4a da görülen eviren kuvvelendirici devresde Z empedansı bir kondansaöründen ve Z empedansı bir direncden oluşuğunda, devre bir ürev alıcı olarak davranır (Şekil 5a). s o o EE EE Şekil 5. a) Basi bir ürev alıcı devre b) seri direnç eklenmiş ürev alıcı devre Doç. Dr. Figen ETŞ

4 Basi bir ürev alıcı devrede karşılaşılan en emel problem, aran frekansla kapasiif reakansın azalması ve bunun da devren kazancının armasına neden olmasıdır. eakansaki bu değişikliken dolayı devre yüksek frekans gürülülere karşı çok hassasır. Bu durumda yüksek frekans kazancına bir limi koymak iç Şekil 5b deki gibi kondansaöre seri bir direnç ( s ) eklenir. s direnc eklenmesi, kazanç ve faz farkının değişmese neden olur. 5. Op-amplı egral alıcı devre Şekil 4a da görülen eviren kuvvelendirici devresde Z empedansı bir direncden ve Z empedansı bir kondansaöründen oluşuğunda devre bir egral alıcı olarak davranır (Şekil 6a). p o o EE EE Şekil 6. a) Basi bir egral alıcı devre b) paralel direnç eklenmiş egral alıcı devre Türev alıcıdake benzer bir problem, egral alıcı devre iç de geçerlidir. Kondansaörün reakansı azalan frekansla birlike arar ve dolayısıyla D kazancı aşırı derecede yüksek olur. D kazancı sınırlamak iç Şekil 6b de görüldüğü gibi, kondansaörüne paralel olarak bir direnç ( p ) yerleşirilir. Devre, D de (sıfır frekans) eviren kuvvelendirici gibi davranır. p direnc eklenmesi, kazanç ve faz farkının değişmese neden olur. 6. İki işare arasındaki faz farkının ölçümü İki işare arasındaki faz farkı, osiloskop kullanılarak iki farklı yönemle ölçülebilir. Osiloskop normal arama modunda çalışırılırken, her iki işare zamana bağlı değişimi ekranda gözlenir. İşareler sıfırdan geçiş anları arasındaki zaman farkı, işareler periyolarına oranlanarak faz farkı bulunur. (Şekil 7a). Diğer yönemde ise osiloskobun XY modunda ölçüm yapılır. Şekil 7b de görülen eğri yardımıyla s = B/ formülünden faz farkı hesaplanır. Düşey ve yaay eksenler belirlenebilmesi iç kanallardan biri kapaılarak, ek bir kanalın ekranı araması sağlanır. y y T 360 T B s B / x B x s (80 -) B / Şekil 7. İki işare arasındaki faz farkının a) normal arama modunda b) XY modunda ölçümü 3 Doç. Dr. Figen ETŞ

5 ÖN HZILIK. Şekil 4a ve 4b deki devrelerde Z = jx ve Z = jx olarak alıp her bir devre iç o / ifadeleri en sade biçimde (ajb formunda) bulunuz. Şekil 4a: o Şekil 4b: o. Ön hazırlık 'de bulduğunuz 0 / ifadeleri kullanarak Şekil 5a, 5b, 6a ve 6b deki devrelere ai 0 / ifadeler fazör göserimleri (genlik ve faz farkı biçimde) bulunuz. Ör: Şekil 5a: =0 X = w = X =0 0 w j jw w 90 w Şekil 5b: = X = = X = 0 Şekil 6a: = X = = X = 0 Şekil 6b: = X = = X = 0 3. Şekil 6b deki devren girişe () s( 000) işarei uygulandığında çıkış işare ( 0 ) 3, s( 000 ) olması iç gerekli olan ve p değerleri ön hazırlık 'de bulduğunuz formüller yardımıyla hesaplayınız (=nf alınız). 4. Ön hazırlık 3'de celediğiz devrede p direnci kaldırıldığında elde edilecek 0 () işarei bulunuz. 4 Doç. Dr. Figen ETŞ

6 Öneri: Deneyde kullanılacak devreleri laborauvar öncesde kurarak (Workbench veya laborauvar oramında) çalışırmanız, deney sırasında hızlı ve doğru sonuçlar elde emenize yardımcı olabilir. DENEYDE KULLNILKL Çif kanallı osiloskop (osiloskobun anıım dokümanını fookopiden alabilirsiz), Syal jeneraörü, BN konnekör, LM74 op-amp ümdevresi, Kondansaör: nf, Dirençler: 330, k 0k, k70k DENEYİN YPILIŞI. Op-amplı evirmeyen kuvvelendiricide kırpılmasız maksimum çıkış gerilim ölçümü.. Şekil 8 deki op-amplı evirmeyen kuvvelendirici devresi kurunuz. Şekil 8. Op-amplı evirmeyen kuvvelendirici devresi.. Syal jeneraörünü kullanarak devren girişe (syal jeneraörünün 50 luk çıkışından Board un BN girişe) khz frekansında süzoidal işare uygulayınız. Çif kanallı osiloskop yardımıyla giriş ve çıkış ( ve 0 ) işareleri aynı anda gözleyiz..3. Giriş işare genliği, çıkış işare negaif veya poziif epe değerde kırpılmanın oluşmaya başladığı değere ayarlayınız..4. Çıkış işarede kırpılma olmadan (süzoidal formu bozulmadan) elde edilebilecek maksimum epeden epeye çıkış gerilimi ( 0( p p) ) değeri osiloskopan okuyunuz. ve EE değerleri de volmere yardımıyla ölçerek Tablo e kaydediz (yük direnci yok). Tablo. Maksimum çıkış gerilimi ölçümü EE - EE 0( p p) (max), yük direnci yok 0( p p) (max), y = Devren çıkışına ( 0 ile oprak arasına) bir y = 330 yük direnci bağlayıp, ölçümleri ekrarlayarak, bulduğunuz 0( p p) (max) değerleri Tablo e kaydediz. Yorum : Yük direnci yok iken 0( p p) (max) neden - EE den küçük çıkmışır? Yorum : Yük direnc eklenmesi 0( p p) (max) ı neden düşürmüşür? 5 Doç. Dr. Figen ETŞ

7 . Op-amplı evirmeyen kuvvelendiricide gerilim kazancı ölçümü ve giriş-çıkış grafiğ elde edilmesi.. Şekil 8 deki devrede (yük direnci yok iken) girişe 0. ve f=khz değerde süzoidal ( p p) 4 işare uygulayınız. Çıkış işare genliği ölçerek devren kazancını hesaplayınız ve elde eiğiz değerleri Tablo ye kaydediz. Tablo. Gerilim kazancı ölçümleri 0 0( p p) (ölçülen) 0( p p) (ölçülen) v (ölçülen) v (hesaplanan) Yorum 3: Kullandığınız dirençler oleranslarını göz önünde bulundurarak en büyük ve en küçük kazanç değer ne olarak ölçülebileceği hesaplayınız. Ölçüğünüz değer bu aralıka mı?.. Osiloskobu XY modunda çalışırarak giriş ve çıkış işareler birbirlere bağlı değişimi ifade eden grafiği elde ediz. Düşey eksen çıkış, yaay eksen ise giriş işarei ile aranıyor olmasına dikka ediz. Giriş işare genliği değişirerek kırpılma öncesi ve sonrası durum iç elde edilen grafikleri Şekil 9 da göseriz. H= /div H= /div H= /div H= /div a) Kırpılmasız durum b) Kırpılmalı durum Şekil 9. XY modu dalga şekilleri Yorum 4: Şekil 9 da elde eiğiz grafikleri yorumlayınız. Bu grafiklerden hangi bilgiler elde edilebilir? 6 Doç. Dr. Figen ETŞ

8 3. Op-amplı eviren kuvvelendiricide gerilim kazancı ölçümü ve giriş-çıkış grafiğ elde edilmesi Şekil 0. Op-amplı eviren kuvvelendirici devresi 3.. Şekil 0 daki devrede girişe ( p p) 0. 4 ve f=khz değerde işare uygulayınız. Çıkış işare genliği ölçerek devren kazancını hesaplayınız ve elde eiğiz değerleri Tablo 3 e kaydediz. (ölçülen) 0( p p) (ölçülen) ( p p) Tablo 3. Gerilim kazancı ölçümleri v 0 (ölçülen) v (hesaplanan) 3.. Osiloskobu XY modunda çalışırarak giriş ve çıkış işareler birbirlere bağlı değişimi ifade eden grafiği elde ediz. Düşey eksen çıkış, yaay eksen ise giriş işarei ile aranıyor olmasına dikka ediz. Giriş işare genliği değişirerek kırpılma öncesi ve sonrası durum iç elde edilen grafikleri Şekil de göseriz. H= /div H= /div H= /div H= /div a) Kırpılmasız durum b) Kırpılmalı durum Şekil. XY modu dalga şekilleri Yorum 5: Şekil 'de elde eiğiz grafikleri yorumlayınız. ETŞ 7 Doç. Dr. Figen

9 4. Op-amplı egral alıcı devres giriş ve çıkış işareleri arasındaki ilişk (kazanç ve faz farkının) celenmesi 4.. Ön hazırlık 3'e bulduğunuz =k, p =k ve =nf değerleri kullanarak Şekil 'deki devreyi kurunuz. p o EE Şekil. Paralel direnç eklenmiş egral alıcı devre 4.. Devren girişe ve f=khz değerde süzoidal işare uygulayınız. ( p p) 4.3. p 'n devrede bulunduğu ve bulunmadığı durumlara ai kazanç ve faz farkı değerleri bulup Tablo 5'e kaydediz. p var p yok p p 0 p p Tablo 5. İnegral alıcı devre iç kazanç ve faz farkı ölçümleri p p v 0 Faz eğrisden ölçülen v 80 p p (ön hazırlık) değeri B değeri s (ölçülen) B (ön hazırlık) 3, º 3,6 90º Yorum 6: p direnc bulunduğu ve bulunmadığı durumlar iç, hangi devren gerçek egral alıcı devre olduğunu nedeni ile beliriz. Yorum 7: Yapığınız deneylerde, ölçümlerle eorik sonuçlar arasında oluşan farka aşağıda verilenlerden hangileri neden olabilir? Her bir önemi beliriz. Kullanılan elemanların (direnç ve kondansaörün) oleransları Op-amp çıkış direnc çıkış gerilimi sınırlaması Besleme gerilim am olarak verilememesi Kullanılan bağlanı eller dirençleri Op-ampın girişden akım çekmesi ETŞ 8 Doç. Dr. Figen