ENDÜSTRİYEL ELEKTRONİK İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİLERİN LİNEER UYGULAMALARI HAKAN KUNTMAN EĞİTİM-ÖĞRETİM YILI

Benzer belgeler
ENDÜSTRİYEL ELEKTRONİK İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİLERİN LİNEER OLMAYAN UYGULAMALARI HAKAN KUNTMAN EĞİTİM-ÖĞRETİM YILI

6 İşlemsel Kuvvetlendiricilerin Lineer Olmayan Uygulamaları deneyi

PSPICE programı yardımıyla

DENEY 7 BJT KUVVETLENDİRİCİLERİN FREKANS CEVABI

Çukurova Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği

2. BÖLÜM LEMSEL KUVVETLEND R C LER N L NEER UYGULAMALARI Akım Kaynakları

T.C. ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK LABORATUVARI-II DENEY RAPORU

ĐŞLEMSEL YÜKSELTEÇLER

DENEY-4 İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİLERİN DOĞRUSAL UYGULAMALARI

Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

ELM 331 ELEKTRONİK II LABORATUAR DENEY FÖYÜ

Çukurova Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği

AREL ÜNİVERSİTESİ DEVRE ANALİZİ

Şekil 5.1 Opamp Blok Şeması ve Eşdeğer Devresi

Deneyle İlgili Ön Bilgi:

3. 2 +V DD I O2 + C C V O - T 1 T 6 T 3 -V SS T 5 T 8 I 7 I O. (c)

Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Elektronik Laboratuvarı I İŞLEMSEL YÜKSELTECİN TEMEL ÖZELLİKLERİ VE UYGULAMALARI

Elektrik Devre Lab

TRANSİSTÖRLÜ YÜKSELTEÇLERDE GERİBESLEME

DENEY 5: İŞLEMSEL YÜKSELTEÇLER ve UYGULAMA DEVRELERİ

T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK SİSTEMLER LABORATUVARI 1 OPAMP DEVRELERİ-2

Bölüm 14 Temel Opamp Karakteristikleri Deneyleri

Beyzi Ortak Yükselteç (BOB) Beyzi Ortak Bağlantının Statik Giriş Direnci. Giriş, direncini iki yoldan hesaplamak mümkündür:

DENEY NO: 7 İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİ VE UYGULAMALARI. Malzeme ve Cihaz Listesi:

Çukurova Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği

DENEY NO : 1 DENEY ADI : RF Osilatörler ve İkinci Dereceden Filtreler

4.3. Enstrümantasyon kuvvetlendiricisi = R R G

DENEY 6- Dijital/Analog Çevirici (DAC) Devreleri

Çukurova Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği

ANALOG ELEKTRONİK - II. Opampla gerçekleştirilen bir türev alıcı (differantiator) çalışmasını ve özellikleri incelenecektir.

ALTERNATİF AKIMDA EMPEDANS (PARALEL DEVRELER)

DENEY FÖYÜ 7: Seri ve Paralel Rezonans Devreleri

BÖLÜM 2 İKİNCİ DERECEDEN FİLTRELER

Op-Amp Uygulama Devreleri

DENEY 6a- Dijital/Analog Çevirici (DAC) Devreleri

ALTERNATİF AKIMDA EMPEDANS SERİ DEVRELER

ELEKTRONİK DEVRELER-II LABORATUVARI

Bölüm 10 İşlemsel Yükselteç Karakteristikleri

KISIM 1 ELEKTRONİK DEVRELER (ANALİZ TASARIM - PROBLEM)

Bölüm 12 İşlemsel Yükselteç Uygulamaları

DENEY-4 İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİLERİN DOĞRUSAL UYGULAMALARI

Deney 3: Opamp. Opamp ın (işlemsel yükselteç) çalışma mantığının ve kullanım alanlarının öğrenilmesi, uygulamalarla pratik bilginin pekiştirilmesi.

ALTERNATİF AKIMDA EMPEDANS SERİ DEVRELER

KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ ELEKTRONİK VE HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ ELEKTRONİK LAB 1 DERSİ İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİ 1 DENEYİ. Amaç:

EEM211 ELEKTRİK DEVRELERİ-I

DENEY NO:2 BJT Yükselticinin Darbe Cevabı lineer kuvvetlendirme Yükselme Süresi Gecikme Çınlama Darbe üst eğilmesi

SCHMITT TETİKLEME DEVRESİ

T.C. ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK MİMARLIK FAKÜLTESİ ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK DEVRELER LABORATUVARI I

BÖLÜM 1 RF OSİLATÖRLER

DENEY 6: MOSFET. Şekil 6.1. n ve p kanallı MOSFET yapıları

Mekatronik Mühendisliği Lab1 (Elektrik-Elektronik) Seri ve Paralel RLC Devreleri

DENEY TARİHİ RAPOR TESLİM TARİHİ NOT

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü ELK222 TEMEL ELEKTRİK LABORATUARI-II

EEM220 Temel Yarıiletken Elemanlar Çözümlü Örnek Sorular

DENEY 7 Pasif Elektronik Filtreler: Direnç-Kondansatör (RC) ve Direnç-Bobin (RL) Devreleri

3 FAZLI SİSTEMLER fazlı sistemler 1

OPAMPLAR OPERASYONEL KUVVETLENDİRİCİLER

BİLGİSAYARLI KONTROL OPERASYONAL AMFLİKATÖRLER VE ÇEVİRİCİLER

ELM 232 Elektronik I Deney 3 BJT Kutuplanması ve Küçük İşaret Analizi

BÖLÜM IX DALGA MEYDANA GETİRME USULLERİ

Algılayıcılar (Sensors)

ANALOG FİLTRELEME DENEYİ

DEVRE ANALİZİ DENEY FÖYÜ

BÖLÜM X OSİLATÖRLER. e b Yükselteç. Be o Geri Besleme. Şekil 10.1 Yükselteçlerde geri besleme

Yükselteçlerde Geri Besleme

Geçmiş yıllardaki vize sorularından örnekler

ĠġLEMSEL KUVVETLENDĠRĠCĠLERĠN DOĞRUSAL UYGULAMALARI. NOT: Devre elemanlarınızın yanma ihtimallerine karşın yedeklerini de temin ediniz.

Bu deneyde lab cihazlarının kullanımı için 4 uygulama yapılacaktır.

DENEY NO:1 BJT Yükselticinin frekans Cevabı

Deney 2: FET in DC ve AC Analizi

DENEY-8 KONDANSATÖRÜN VE BOBİNİN DOĞRU AKIMDA DAVRANIŞI

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü ELK 2008 DEVRELER II LABORATUARI

DENEY-5 İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİLERİN LİNEER OLMAYAN UYGULAMALARI

ELK273 Elektrik ve Elektronik Mühendisliğinin Temelleri Ders 8- AC Devreler. Yard.Doç.Dr. Ahmet Özkurt.

ADIYAMAN ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ ELEKTRĠK-ELEKTRONĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ DEVRE ANALĠZĠ LABORATUVARI-II DENEY RAPORU

Şekil 6-1 PLL blok diyagramı

DENEY 1-1 AC Gerilim Ölçümü

DENEY 8. OPAMP UYGULAMALARI-II: Toplayıcı, Fark Alıcı, Türev Alıcı, İntegral Alıcı Devreler

Avf = 1 / 1 + βa. Yeterli kazanca sahip amplifikatör βa 1 şartını sağlamalıdır.

KOB Statik Giriş Direnci. Kollektörü Ortak Yükselteç (KOB) Kollektörü Ortak Yükseltecin (KOB) Statik Karakteristikleri

Bölüm 3 AC Devreler. 1. AC devrede, seri RC ağının karakteristiklerini anlamak. 2. Kapasitif reaktans, empedans ve faz açısı kavramlarını anlamak.

ALÇAK FREKANS GÜÇ YÜKSELTEÇLERİ VE ÇIKIŞ KATLARI

ELEKTRİK DEVRE TEMELLERİ ÖDEV-2

NECMETTİN ERBAKAN ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK MİMARLIK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK-1 LABORATUVARI DENEY FÖYÜ

DENEY 9: JFET KARAKTERİSTİK EĞRİLERİ

Şekil 1. n kanallı bir FET in Geçiş ve Çıkış Özeğrileri

EET-202 DEVRE ANALİZİ-II DENEY FÖYÜ OSİLOSKOP İLE PERİYOT, FREKANS VE GERİLİM ÖLÇME

Şekil 5-1 Frekans modülasyonunun gösterimi

EEM 202 DENEY 9 Ad&Soyad: No: RC DEVRELERİ-II DEĞİŞKEN BİR FREKANSTA RC DEVRELERİ (FİLTRELER)

DEVRE VE SİSTEM ANALİZİ ÇALIŞMA SORULARI

Multivibratörler. Monastable (Tek Kararlı) Multivibratör

Deney 5 : Ayrık Filtre Tasarımı. Prof. Dr. Aydın Akan Bahattin Karakaya Umut Gündoğdu Yeşim Hekim Tanç

DENEY 3. Maksimum Güç Transferi

Güç elektroniği elektrik mühendisliğinde enerji ve elektronik bilim dalları arasında bir bilim dalıdır.

DENEY 8: ORTAK EMİTERLİ YÜKSELTEÇ Deneyin Amacı

Ders İçerik Bilgisi. Dr. Hakan TERZİOĞLU Dr. Hakan TERZİOĞLU 1

ELEKTRİK DEVRELERİ-2 LABORATUVARI VIII. DENEY FÖYÜ

DENEY 5- TEMEL İŞLEMSEL YÜKSELTEÇ (OP-AMP) DEVRELERİ

Bölüm 8 FM Demodülatörleri

Bu deneyde kuvvetlendirici devrelerde kullanılan entegre devre beslemesi ve aktif yük olarak kullanılabilen akım kaynakları incelenecektir.

Transkript:

ENDÜSTRİYEL ELEKTRONİK İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİLERİN LİNEER UYGULAMALAR HAKAN KUNTMAN 03-04 EĞİTİM-ÖĞRETİM YL

İşlemsel kuvvetlendiriciler, endüstriyel elektronik alanında çeşitli ölçü ve kontrol düzenlerinin gerçekleştirilmesi amacıyla geniş ölçüde kullanılmakta, bu yapı grubu yardımıyla değişik özelliklerdeki lineer ve lineer olmayan devre fonksiyonları elde edilebilmektedir.

Akım kaynakları, negatif empedans çevirici, integralve türev alıcılar, logaritmik ve ters logaritmik kuvvetlendiriciler, çeşitli türden osilatör devreleri, presizyonlu doğrultucular, AC- DC çeviriciler, analog çarpma-bölme ve karekök alma devreleri, örnekleme ve tutma devreleri, karşılaştırıcılar, Schmitt tetikleme devreleri, enstrümantasyon kuvvetlendiricileri gibi devrelerin ve düzenlerin gerçekleştirilmesi 3

.. Akım Kaynakları... "Yüzen" yükler için akım kaynakları R L R L +V CC + V - R +V ref V P 3 V N 7 4 6 +V O +V ref V P V N 3 +V CC 7 6 +V O R 4 -V EE -V EE a) faz döndüren yapı b) faz döndürmeyen yapı. 4

işlemsel kuvvetlendiricinin açık çevrim kazancı sonlu ve K V ise, kuvvetlendiricinin giriş gerilimi V N = V P -V N sıfır olmaz. Giriş direncinin sonsuz, ancak açık çevrim kazancının sonlu olduğu kabulü ile ref N = = V -V, V N = - V R K V =V -V N O ref = V R - V R.(+ K ) V O V ref VR - V K.R V 5

ref = V R R = - O V = K.R V İşlemsel kuvvetlendiricinin açık çevrim kazancı ise frekansa bağlıdır. Genel amaçlı işlemsel kuvvetlendiriciler, çoğunlukla, frekans eğrileri tek kutuplu düşme gösterecek biçimde kompanze edilirler K V (s) = K VO + τ.s VO Z O(s) = K +.s. R τ τ = ω c R O = R.K V (s) VO Z O(j ω ) = K.R ω + j ω c 6

Z = O K.R + j ω K.R. ω VO VO c = R / / O jω C O R = K.R O O VO C = K.R.ωω VO c Elde edilen sonuçların hem faz döndüren hem de faz döndürmeyen yapılar için geçerli 7

Örnek: Açık çevrim kazancı K VO = 0 5 ve 3 db kesim frekansı da f c = 0 Hz olsun. Devredeki R direncinin değeri de kω olarak verilsin. Bu durumda akım kaynağının çıkış direnci R O = 00 MΩveçıkışkapasitesi dec O = 59pF olur. f= 0 khz için akım kaynağının çıkış empedansının modülünün 00 kω değerine düşeceği kolayca görülebilir. 8

... Bir ucu topraklanmış yükler için akım kaynağı devreleri R R +V ref +V CC 7 V P 3 6 R VO +V V N R 3 4 -V EE R RL =.R + R + R 3 3 ref.r.r. V + R + R 3 3 R.R - R + R R R.V 9

R 3 direncinin belirli bir değeri için ikinci terim sıfır ve bunun sonucunda çıkış akımı çıkış geriliminden bağımsız R = 3 R R + R = V ref R / / R Pratikte R direnci R direncinden yeteri kadar küçük ref = V R 0

Bağlanacak yük direnci için sınır değerler bağlanacak yükün sınır değerleri, devreyi gerçekleştirmek amacıyla kullanılacak işlemsel kuvvetlendiricinin V O çıkış geriliminin sınırları ile belirli V =V -V omaks CC sat V = V + V ' omin EE sat

V =V -.R O V ref = V > 0 için = V ref /R = V/R V maks =V Omaks -.R =V Omaks -V ref R L V -V Omaks çıkışa olabildiğince büyük bir yük bağlayabilmak için V ref << V Omaks seçilmeli L ref

V ref = -V < 0 için = -V/R R L V min Omin = V +V 3

"Howland" akım kaynağı R = α.r +V CC +V R V N 4 +V R 3 V P 3 6 +V O 7 L R L -V EE R 4 = ß.R 3. α i O i O V N = V R +V.R =. V +V R + R + α V O = K V (s).(v P -V N ) L = 3 + 4 = V i R -V 3 P V -V + O β.r 3 P V =.R P L L 4

L = β.(+ α + K V (s)).v i - α.k V (s).v.) i β(+ α + K (s)).r + R.(+ α )(+ β )+ R K (s)( β - α ) V 3 L L V α = β, KV ( s) K ( V s ) >> (+α),.r 3 >> R L.(+α).(+β) L = V -V R R = R O 3 i i 3 (+ α + K V (s)). β (+ β )(+ α )+ K (s).( β - α ) V R O = R 3. β β -α 5

Devrenin çıkış direnci eleman toleranslarına bağlıdır. En kötü durumda R= R.(+k),R = α.r.(- k),r = R.(- k),r4 = α.r.(+k) 3 3 R = R O 4.k 6

V i = 0, V i = V ref ve α = β için işlemsel kuvvetlendiricinin V O çıkış gerilimi V V O = R (+ α ). K (s) L + α + K V (s) V R ref 3 V ref V = R.(+ α ). O L R3 işlemsel kuvvetlendiricinin çıkış gerilimi yük direnci ile orantılı. Devre, sabit ölçü akımlı ve lineer ölçekli direnç ( yahut empedans) ölçer düzeni gerçekleştirilmesine uygun 7

Yük direnci üzerinde düşecek maksimum gerilim, işlemsel kuvvetlendiricinin çıkış geriliminin maksimum değeri olan V Omaks ile sınırlı ref V Omaks = R Lmaks.(+ α ) V R 3 Omaks R Lmaks = V (+ α ).V ref R 3 R L V Omaks (+ α ).V ref R 3 8

..3. Büyük akımlı akım kaynağı devreleri işlemsel kuvvetlendirici-tranzistor (BJT, JFET, MOSFET) kombinezonları +V CC + +V CC 7 + V - R L +V ref 3 6 T 4 -V EE R BJT-işlemsel kuvvetlendirici kombinezonu ile akım kaynağı devresi 9

ref = V R. - β F R = β.r O F ce V ref > 0 olmalı 0

+V CC + +V CC + R L V +V ref 3 7 6 - T 4 -V EE R N kanallı MOSFET ile kurulan devre

-V EE + +V CC - R L V +Vref 3 7 6 + T 4 -V EE R P kanallı MOSFET ile kurulan devre, V ref < 0.

ref = V R VO Z O = K V. µ.r = K µ.r ω + j ω Çıkış empedansı R O = µ.k VO.R değerinde bir direnç ile C O =/µ.k VO.R.ω C değerli bir kapasitenin paralel eşdeğeri C 3

V 3 4 + V 3 3 - İki yönde akım akıtabilen, büyük akımlı akım kaynakları +V CC + R 3 + +V CC 4 7 6 R +VCC V 3 7 5 T 4 + V 4 R - -V EE 6 R3 3 + + 7 4 -V + EE 6 R + - T V 4 + - +V V V 3 4 = D = D = 3 4.R.R V 3 R V = R 4 = R R = R R 3 4 -V EE 4

= - = R R ( - ) D D 3 4 5 = V R 3 = - 5 3 4 R = R 3 yapılırsa = V R = R R.R V 3 5

3 ve 4 akımları 3 = 4 = R şeklinde işlemsel kuvvetlendiricinin sükunet akımına eşittirler. Bu nedenle 5 = 0 olur. V > 0 ise 3 > 4 olacağından, çıkış akımı üst yarıdevre üzerinden akar ve alt yarıdevre kesime gider. V < 0 olması halinde ise bunun tersi olur. Çıkış akımı alt yarıdevre üzerinden akar ve üst yarıdevre kesime gider 6

V = 0 durumunda çıkış tranzistorlarından = = R R DR D R R Akım kaynağı devresi AB sınıfında çalışmaktadır. 7

.3.İntegral alıcılar Faz döndüren kuvvetlendirici K V = V O V = Z Z 8

O Z = R, Z = sc V = - T V.dt + V(0) C İntegral alıcılar Z = K Vf (s) = R + s.r.c R K V (s).z Z + Z + K (s).z V V R - + V O V R - + C K V (s) V O İdeal ve ideal olmayan integral alıcılar. 9

Çıkış geriliminin başlangıç değerinin V(0) = 0 V O = -V K V (s) R + R K V (s) R + s.r.c R + + s.r.c V V O = - s R C + sr C K V (s) + K (s) V + src (+ K V (s)) + sr C 30

K (s) = V K VO + s ω K VO >> olması halinde O st s + st + + st sk T + ω + sk T V O = - V st C VO O VO T = R.C ve T C = R.C zaman sabitleri 3

V O V = - s.t İlk terim ideal integralalıcı transfer fonksiyonu İkinci terim integrasyon kondansatörünün kaçak akımlarına ilişkin hatayı belirtmektedir. Üçüncü terim, işlemsel kuvvetlendiricinin açık çevrim kazancının sonlu olmasından kaynaklanan bir terimdir. Dördüncü terim ise yüksek frekans hatasını göstermekte ve işlemsel kuveetlendiricinin açık çevrim kazancının frekansa bağımlı olmasının bir sonucu olarak ortaya çıkmaktadır. 3

ωt >> ve ω = ω 0.K VO + s + st ω + sk T O + s ω VO T C >> T >> T,T C = R.C,T = ω İntegralalıcı geniş bir bölge içerisinde ideale yakın davranır 33

V O /V (db) ideal ω 0 alçak frekans hatası k uvvetlendirici frekans eğrisi /T /T = ω /K.T /T /K VO.T /T C log ω yük sek frekans hatası İdeal olmayan integral alıcının frekans cevabı 34

Devrenin ideal durumda zaman domenindeki cevabı v (t) = -V O t T Alçak frekans hatası C v T t t O (t) = -V - exp (- ) -V - T T T C. T C t hatası nedeniyle ortaya çıkacak bağıl hata O v (t) v (t) = - t.t O C 35

K VO açık çevrim kazancı yeteri kadar büyük değilse, T C ve K VO.T aynı mertebede v O(t) = -V T C.KVO K.T + T t exp - K.T + exp - t T VO C VO C yeteri kadar küçük t süreleri için K.T + v O(t) = - V T t - t VO T C Çıkış geriliminde ortaya çıkacak bağıl hata v (t) v (t) = - t O K.T + T O VO C 36

-v o (t) ideal (R /R ).V gerçek arctan(v /T ) t >> T 37

Yüksek frekans hatasının basamak yanıtına etkisi v (t) = -V O t T olacağı yerde v O(t) = - V T t - T - - t T exp 38

Girişe sinüs biçimli ve ω frekanslı bir işaret uygulanırsa İdeal haldeki yanıt V O( ) = - V( ω ω ) jω T ω + j ω V O( ) = - V ( ω ) ω jω T 39

İki yanıt arasındaki fark, genlik hatası ve faz hatası ile verilir. Genlik hatası ω h a ( ) = - ω ω faz hatası ω ϕ( ω ) = -arctan ω 40

-vo(t) ideal gerçek t << T 4

Yüksek frekans hatası, R direncine paralel olarak kapasitesi C olan bir kondansatör bağlanarak kompanze edilebilir. C kapasitesinin değeri C = T R.(+ ω.t ) R. ω 4

YE yükselme eğimi ve O çıkış akımından kaynaklanana kısıtlama. İntegral alıcının çıkış geriliminin maksimum değişim hızı dv dt O ma ks Omaks C 43

giriş akımları ve dengesizlik gerilimi etkisi v O(t) = (-V ± V O + R ) t T - exp - t T C 44

.4. Türev alıcılar R C V + - V O Z = sc, Z = R, τ = R.C d v O(t) = - dv (t) τ d dt Pratikte, işlemsel kuvvetlendiricinin ideal olmaması nedeniyle, bu bağıntı tam olarak sağlanamaz 45

Gerçek işlemsel kuvvetlendirici ile kurulan türev alma devresinin çalışma bölgesi. V O /V (db) ideal +0dB/dek kuvvetlendirici frekans eğrisi gerçek çalışma bölgesi log ω türev alma devresinin çalışma bölgesi, bu iki karakteristiğin kesişme noktası ile sınırlı 46

karakteristik C kondansatörüne seri bir R direnci ve R direncine paralel bir C kondansatörü yardımıyla stabilize edilebilir. C (/R.C ) < ω V C R - + R V O ω işlemsel kuvvetlendiricinin birim kazanç band genişliğine karşı düşen açısal frekans V (s) = -s.r.c O + s R C + s R C V 47

τ= R.C = R.C V = -s.r.c (+ τ.s ) V O ω << /τ olduğu sürece, yapı ideal türev alma devresi gibi davranır. V -s.r.c.v, v (t) = -τ O O d dv dt 48

V O /V (db) ω 0 çalışma bölgesi kuvvetlendirici frekans eğrisi /R C / R C R C /R C log ω 49

h ( ω ) = -( ω. τ ) a genlik hatası faz hatası ϕ h( ω ) = - arctan( ω. τ ) 50