KOCAELİ ÜNİERSİTESİ TEKNİK EĞİTİM FAKÜLTESİ ELEKTRİK ÖĞRETMENLİĞİ 4. SINIF ELK 435 ENDÜSTRİYEL ELEKTRONİK LABORATUAR UYGULAMALARI HAZIRLAYANLAR Doç.Dr. Engin ÖZDEMİR Arş.Gör. Mehmet UÇAR EKİM 2009
İÇİNDEKİLER Deneysel Çalışma : İşlemsel yükselteçleri (op-amp) tanımak ve önemli parametrelerini incelemek. 747 op-amp ını kullanarak, giriş ofset gerilimini ve giriş polarlama akımını ölçmek. (Sayfa: 2) Deneysel Çalışma 2: Op-amp uygulaması olarak eviren yükselteci (inverting amplifier) incelemek. (Sayfa: 0) Deneysel Çalışma 3: Op-amp uygulaması olarak evirmeyen yükselteci (non-inverting amplifier) incelemek. (Sayfa: 4) Deneysel Çalışma 4: Op-amp uygulaması olarak gerilim izleyici (voltage follower) devresini incelemek. (Sayfa: 8) Deneysel Çalışma 5: Op-amp uygulaması olarak toplar yükselteci (summing amplifier) incelemek. (Sayfa: 20) Deneysel Çalışma 6: Op-amp uygulaması olarak çıkartma yapan devreyi (difference amplifier) incelemek. (Sayfa: 22) Deneysel Çalışma 7: Op-amp uygulaması olarak türevleyici (differentiator) devresini incelemek. (Sayfa: 25) Deneysel Çalışma 8: Op-amp uygulaması olarak inteatör devresini incelemek. (Sayfa: 32) Deneysel Çalışma 9: Kıyaslayıcı (comparator) devresini incelemek. (Sayfa: 35) Deneysel Çalışma 0: PWM üretici SG3524 ile Buck (azaltan) çevirici devresini incelemek. (Sayfa: 39) Deneysel Çalışma : Op-amp kullanarak hassas tam dalga doğrultmaç yapmak. (Sayfa: 42) Deneysel Çalışma 2: Op-amp kullanarak gerilim regülatörü yapmak ve çalışmasını incelemek. (Sayfa: 45)
DENEYSEL ÇALIŞMA ----- ----- KONU: İşlemsel yükselteçleri (operational amplifier) tanımak ve önemli parametrelerini incelemek. 747 op-amp ını kullanarak, giriş ofset gerilimi ve giriş polarlama akımını ölçmek. ÖN BİLGİ: İşlemsel yükselteçle (kısaca op-amp) 940 lı yıllardan beri bilinmekle beraber, asıl yaygın kullanım alanına 960 lı yılların sonlarına doğru, tümleşik devre teknolojisi ile üretilmeye başlandığı zaman kavuşmuştur. Bugün artık op-amp denildiğinde tümleşik devre durumunda olanlar akla gelir. Genel olarak op-amp, çok yüksek kazançlı bir DC yükselteçtir. Çeşitli özellikleri, devreye dışarıdan bağlanan devre elemanları ve bunların bağladığı geri besleme ile kontrol altına alınabilir. Op-amp devresi tek başına düşünüldüğünde 5 önemli özelliğe sahiptir. Bunlar: - Kazancı çok fazladır (örneğin 200.000) - Giriş empedansı çok yüksektir (5 Mohm) - Çıkış empedansı sıfıra yakındır - Band genişliği fazladır ( MHz gibi) - Girişe 0 uygulandığında çıkışta yaklaşık 0 elde edilir. Op-amp devresinin iki tür sembolik gösterilişi vardır. Bunlar Şekil. de çizilmişlerdir. Genellikle kullanılan sembol Şekil.(a) dekidir. Şekil. Op-amp devrelerinde, genel olarak, birbirine ters polaritede iki kaynak kullanılır. Bu kaynaklar devre şemalarında her zaman gösterilmezler. Daha ziyade girişler ve çıkış belirtilir. 2
Şekil. de de görüldüğü gibi op-amp devresinin biri (+) diğeri (-) ile işaretlenmiş 2 girişi vardır. (+) girişe uygulanan işaret çıkışa aynı fazda; (-) girişe uygulanan işaret ise 80 derece ters fazda aktarılır. İki girişe birden uygulanan aynı işaret çıkışa aktarılmaz. (-) giriş eviren (inverting), (+) giriş ise evirmeyen (non-inverting) giriş olarak isimlendirilmiştir. Devre özellikleri giriş ucu olarak hangi ucun kullanıldığına ve çıkıştan girişe yapılan geri belsem miktarına bağlıdır. Şekil.2(a) da giriş ucu olarak (+) uç kullanılmıştır. Bu devreye evirmeyen yükselteç denilir. Şekil.2(b) de ise giriş (-) uçtan yapılmıştır ve devre eviren yükselteç olarak bilinir. Her iki yükselteç de ileriki denetlerde ayrıntılı olarak incelenecektir. Burada yükselteç kazançlarının farklı olduğuna dikkat çekilmekle yetinilecektir. Şekil.2 Bu deneyde op-amp devresinin önemli parametrelerini üzerinde çalışma yapılacaktır. Bu parametrelerden aşağıda kısa kısa söz edilmiştir. Deney sırasında sadece bazı parametrelerin ölçümü yapılacak, diğerlerinin ise, ölçüm zorlukları nedeniyle ölçümleri yapılmayacaktır. Giriş Ofset Gerilimi (io): Op-amp ın (+) ve (-) girişler arasında ideal olarak 0 volt olması gerekir. Ancak pratikte giriş uçlarının bağlı oldukları transistörlerin tam uyum içinde olmamaları nedeniyle giriş uçları arasında, çok küçük de olsa, bir ofset gerilimi oluşur.bu gerilim op-amp kazancı ile çarpılarak çıkışına aktarılır ve çıkışı 0 çıkış ofset gerilimi meydana gelir. 0 gerilimi devrenin kazancına bağlı olmasına rağmen i0 gerilimi sabittir. 0 ölçüldüğünde, i0 giriş ofset gerilimi, R 0 = i 0 ( + R 2 ) Formülünden bulunur. Bu formül, op-amp devresinin eviren veya evirmeyen yükselteç olarak çalışmasına bağlı değildir. Her iki durum için de geçerlidir. (Şekil.2 ye bakınız). 3
Op-amp devresinin kazancı yüksek tutulduğunda (R 2 /R oranı büyük seçilerek) çıkışta oluşturulacak ofset gerilimi istenmeyen boyutlarda olabilir. Bu nedenle op-amp ların çoğunda dılarıdan ofset sıfırlama uçları bulunur. Bu uçlar arasında Şekil.3 deki gibi bağlanacak bir potansiyometre ile çıkış ofset gerilimini sıfırlamak mümkündür. Sıcaklığın giriş ofset gerilimi üzerinde etkisi vardır. Transistör tekniği ile imal edilen op-amp larda her bir santiad derece sıcaklık artışında ofset gerilimi 5-0 u gösterilir. Giriş polarlama akımı (Ib): Her iki girişten op-amp devresine akan akımların ortalama değeridir. i0 gerilimi gibi çıkışta istenmeyen DC seviye oluşumuna yol açar. Şekil.3 teki devrede 0 iken akım yönleri görülüyor. Burada; Şekil.3 I b = I + I 2 olmaktadır. I b çk b b = + olur. b nin çok küçük olduğu göz önüne R R 2 alınırsa; çk = I br2 olur. Şu halde polarma akımının çıkış ofset gerilimine olan katkısı bu şekilde bulunabilir. Giriş polarma akımının çıkışa yol açacağı ofset gerilimi oluşumunu minimum düzeye indirmek için Şekil.4(a) ve (b) deki yöntemler kullanılabilir. Rp R R 2 = Şekil.4 R + R2 Giriş ofset akımı ( I i0 ): çk =0 olduğunda her iki giriş polarma akımı arasındaki farktır ve çıkışa, çk = R2I i0 kadar ilave bir ofset geriliminin oluşmasına yol açar. 4
Giriş empedansı ( Z i ): Girişlerden birinden bakıldığında (diğeri topraklanmış durumda iken) görülen empedanstır. Çok yüksektir. Çıkış empedansı ( Z 0 ): Çıkıştan bakıldığında görülen empedanstır. Oldukça düşüktür. Çıkış kısa devre akımı ( I osc ): Op-amp devresinden çekilebilecek maksimum akımdır. Geri besleme yok iken gerilim kazancı (A vo ): Op-amp devresine dışardan her hangi bir geri besleme sağlanmadığı zaman ki çıkış geriliminin giriş gerilimine oranıdır. Ortak mod tepki oranı (common mode rejection ratio-cmrr): Op-amp devresinin, her iki girişine de ortak olan işareti kabul etmeme özelliğidir. Her iki girişe aynı anda uygulanan işaretin, çıkış işaretine oranına (db cinsinden ) eşittir. Kanal ayırımı: Bazı tümleşik op-amp devrelerinde birden fazla op-amp bir arada bulunabilir. Örneğin deneylerde kullanılacak 747 nolu op-amp bünyesinde iki adet birbirinden bağımsız op-amp vardır. Bu tür op-amp devrelerinde,op-amplardan birinin girişine uygulanan işaret, diğerinin çıkışında çok küçükte olsa bir işaret oluşturur. Bu işaret ne kadar küçük ise kanal ayrımı o kadar iyidir. Genellikle db cinsinden oran ifadesi kullanılır. Slew rate: Op-amp ın band genişliği ile ilgili parametredir. Bu parametre /µsn cinsinden ifade edilir. Op-amp ın ne kadar çabuk durum değiştireceği hakkında bilgi verir. Bu değer ne kadar büyük ise op-amp o kadar geniş bandlıdır ve girişine uygulanan çabuk değişen işaretleri bozmadan yükselterek çıkışa aktarır. Örnek olarak söz konusu parametrelerin 747 op-amp ı için tipik değerleri Tablo. de verilmiştir. İnceleyiniz. Tablo. i0 I I B i0 Z i Z 0 I osc A CMRR Kanal vo ayrımı Slow rate m 30nA 70nA 2MΩ 75Ω 25mA 200.000 90dB 20dB 0,5/msn Ön bilgi bölümünün başlarında op-amp devresine dışarıdan geri besleme sağlamak suretiyle devrenin özelliklerini kontrol altına alma olanağı olduğu belirtilmişti. Şekil.5 te op-amp devresinin çıkışından (-) girişe R2 direni ile geri besleme yapılmıştır. Bu durumda devrenin kazancı artık A vo değildir. Yeni kazanç, A v =R 2 /R 5
Şekil.5 Şeklinde formüle edilir. R 2 ve R direnç oranını ayarlamak suretiyle kazanç kontrol altına alınır. A v daima A vo 'dan küçüktür. Örneğin, R 2 = M, R = 0 K ise A v = 00 olur. A vo ~200.000 sayısı yanında bu değer oldukça küçük kalmaktadır. Bu konuya ileriki deneylerde daha etraflıca değinilecektir. Burada üzerinde durulması gereken bir diğer önemli nokta da op-amp devresinin DC ve DC ye yakın frekanslarda yüksek kazanç göstermesidir. Avo~ 200.000 sayısı sadece DC ve çok düşük frekanslardaki işaret uygulamaları için geçerlidir. Op-amp devresine uygulanan işaretin frekansı yükseldikçe A vo düşer. Şekil.6 da bu durum 74 op-amp'ı için afiksel olarak izah edilmiştir. Dikkat edilecek olursa; Şekil.6 Kazanç x Band Genişliği = Sabit olmaktadır. Bu sabite MHz dir. Yine Şekil.6 dan hemen görüleceği gibi, 5 6 Hz'e kadar A vo 200.000 civarındadır. Bu frekanstan sonra hemen hemen doğrusal bir şekilde azalmakta ve MHz civarında A vo = olmaktadır. Bu frekans ft ile gösterilir ve kazanç frekansı olarak tanımlanır. Deneylerde 747 op-amp tümleşik devresi kullanılacaktır. Bu devrenin yapısında 2 adet birbirinden bağımsız op-amp vardır. Şekil.7 de 747 op-amp tümleşik devresinin bacak tanımlaması görülmektedir. 6
Şekil.7 Şekil.8 74 op-amp devresi deneylerimizde kullanılmamakla beraber çok sık olarak rastlanır. Bu nedenle Şekil.8 deki bu devrenin bacak tanımlaması da verilmiştir. 747 op-amp devresindeki her op-amp ın özellikleri Tablo.2 de verilmiştir, inceleyiniz. Tablo.2 Parametre Koşullar Minimum Tipik Maksimum Birim Giriş Ofset Gerilimi 7,5 m Giriş Ofset Akımı 7. 300 na Giriş Polarma Akımı 0,03 0,8 µa CMRR 70 90 db Belseme Akımı 2 3,3 ma Çıkış Kısa Devre Akımı 25 ma Giriş Empedansı 0,3 2 MΩ Çıkış Empedansı 7,5 Ω Kanal Ayrımı 20 db Slew Rate Ry>=2K 0,5 /µsn Güç Harcaması 50 85 mw Geri Beslemesiz Gerilim Kazancı Ry>=2K 2500 5 2.0 ÖN ÇALIŞMA:. Şekil.9 daki devrede o =00 m olduğuna göre giriş ofset gerilimini nasıl hesaplarsınız? ( I = 0,µA I 0,02 µ A varsayılacaktır.) b i0 = 2. Şekil.0 daki devrede = 20 m 5m ölçülüyor. Giriş ofset akımını hesaplayınız. ( o =0 ) A B = 7
Şekil.9 Şekil.0 DENEYDE KULLANILACAK DERE ELEMANI E CİHAZLAR: 2 adet 0 K direnç adet 470 K direnç Yeteri kadar kısa devre elemanı adet 747 tümleşik op-amp devresi adet sayısal multimetre DENEY:. Deneyi Şekil. deki gibi kurunuz. 2. (+) ve (-) besleme kaynaklarını ± 2 ayarlayınız. Her ikisini aynı anda devrenize uygulayınız. 3. Sayısal multimetreyi m düzeyinde gerilim ölçmeye hazırlayınız. a). o çıkış gerilimini ölçüp not ediniz. b). Ölçtüğünüz bu gerilim çıkış ofset gerilimidir. Bu gerilimi oluşturan ana 3 faktörü yazınız. 4. Besleme gerilimlerini devreden kesip op-amp ın iki nolu ucu ile toprak arasına R3=0K direnç yerleştiriniz. Bu direncin konulma amacı nedir? Açıklayınız? 5. Yaptığınız değişiklikten sonra besleme gerilimlerini tekrar devrenize uygulayınız. 6. Sayısal multimetre ile a). o gerilimini ölçüp not ediniz. b). Bu değer öncekine kıyasla küçüldü mü? Niçin? Çıkış ofset gerilimi oluşturan faktörlerden hangisi etkisizleştirilmiştir. c). Polarma akımının ortalama değeri yaklaşık olarak hesaplayınız? 8
7. Besleme gerilimlerini kesiniz ve devreyi Şekil.2 deki duruma getiriniz. P potansiyometresi başlangıçta orta konumda olmalıdır. Devrede yapılan bu değişliğin amacı nedir? 8. Yaptığınız değişiklikten sonra devrenize gerilim uygulayınız. 9. P potansiyometresi ile oynamak sureti ile o ~ 0 m yapınız. a) a ve b gerilimlerini ölçüp not ediniz. b) R a ve R b 3 değerleri neyi verir. Buna göre Iio akımı yaklaşık ne kadardır. c) Bu durumda Iio akımından dolayı çıkışta oluşan ofset gerilimini hesaplayabilir misiniz? d) Ib ve Iio akımlarından dolayı çıkışta meydana gelen ofset gerilimleri bilindiğine göre giriş ofset gerilimlerinden kaynaklanan çıkış ofset gerilimlerini bulunuz. e) Bu durumda giriş ofset gerilimi ne kadardır? f) Bulduğunuz Ib, Iio ve io değerlerini Tablo.2 de verilenlerle karşılaştırınız? Bulduğunuz sonuçlar normal mi? Şekil. Şekil.2 9
DENEYSEL ÇALIŞMA ----- 2 ----- KONU: Op-amp uygulaması olarak eviren yükselteci (inverting amplifier) incelemek. ÖN BİLGİ: Şekil 2. de, op-amp devresinin eviren yükselteç olarak kullanımı görülüyor. Burada işaret (-) girişe uygulanmıştır. R giriş direnci, R2 geri besleme direncidir. Op-amp devresinin özelliğinden dolayı X noktasındaki gerilim 0 volta yakındır. =I.R yazılabilir. Benzer şekilde çk = -If.2 olur. If = I olduğundan çk 2 çk = I R2 = ( ) R2 Av = = olur. R R Şu halde eviren yükseltecin gerilim kazancı R2/R oranına eşit olmaktadır. İfadenin önündeki (-) işareti eviren yükseltecin giriş ve çıkışı arasında 80 faz farkı olduğunu göstermektedir. Eviren yükseltecin giriş empedansı R direnç değerine eşittir. Çıkış empedansı ise çok küçüktür ve Av ile ters orantılıdır. R2 = R olarak seçildiğinde devrenin kazancı olur. Böyle bir devre genellikle bir işaretin polaritesini değiştirilmek istendiğinde kullanılır. R Şekil 2. R2 direnç değerini değiştirmek suretiyle, Şekil 2. de görüldüğü gibi kazancı kontrol edilebilir bir yükselteç oluşturulabilir. K komütatörünün bulunduğu konuma göre devre kazancı değişik değerler alacaktır. Daha önceki deneyde op-amp geri beslemesiz olarak kullanıldığında kazancın DC ve DC ye yakın frekanslarda çok yüksek olduğu, frekans artıkça kazancın e yaklaştığı belirtilmişti. Bu durum Şekil 2.2 de yinelenmiştir. 0
Şekil 2.2 Genellikle op-amp devrelerinin Av (Geri besleme varken ki kazanç) gerilim kazançlarının ne olması gerektiği şu şekilde belirlenir. İstenilen band genişliğinde Avo un değeri (Şekil 2.2 den yada benzer afiklerden) bulunur. Emniyet payı düşünülerek Av=Avo/0 olarak saptanır. Örneğin band genişliğinin 0 KHz olması isteniyorsa (74 veya 747 op-amp kullanarak) Şekil 2.2 den Avo=00 bulunur. Buna göre Av=00/0=0 olur. Şu halde 74 (veya 747) kullanılarak 0 KHz band genişlikli bir yükselteç yapılacak ise, bu yükseltecin gerilim kazancı 0 olacak şekilde R ve R2 dirençleri seçilmelidir. Kazanç daha büyük olacak şekilde yapılacak R ve R2 seçimi bandı daraltacaktır. ÖN ÇALIŞMA:. Şekil 2.3 deki devrenin DC gerilim kazancı R2=0K, R2=33K, R2=00K değerleri için ayrı ayrı bulunuz. 2. Şekil 2.4 deki devrenin kazancını ve band genişliğini hesaplayınız. Şekil 2.3 Şekil 2.4 DENEYDE KULLANILACAK DERE ELAMANI E CİHAZLAR: 2 adet 0 K direnç adet 33 K direnç
adet 00 K direnç adet 747 op-amp adet işaret üretici adet osiloskop Yeterince kısa devre elemanı DENEY:. Devreyi Şekil 2.5 deki gibi kurunuz. R2=0K olacaktır. 2. Güç kaynağının (+) ve (-) bölümlerini sıra ile +2 volta ve -2 volta ayarlayınız. 3. ±2 besleme gerilimlerini devreye uygulayınız. 4. İşaret üreteci çıkışını, Frekans KHz, Genliği (t-t) olan bir sinüsoidal dalgaya ayarlayınız. 5. Osiloskobunuzun A kanalına giriş işaretini, B kanalına da çıkış işaretini uygulayınız. Her iki kanalı da, frekansı KHz genliği 2 olt olabilecek bir işareti en iyi şekilde görüntüleyebilecek biçimde ayarlayınız (B kanalı için daha sonra yeniden ayarlama yapmak gerekebilir). 6. İşaret üreteci çıkışını devre girişine uygulayınız. a). çk ve işaretlerini osiloskop ekranında bir arada gözleyiniz. Aralarında faz farkı var mı? Ne kadar? b). Devrenin gerilim kazancını bulup, Tablo 2.'de ilgili haneye not ediniz. R2(K) 0 33 00 Tablo 2.l Av 7. R2 direncini 33 K yapınız. Devrenin gerilim kazancı, bu durumda ne kadar oluyor? Tablo 2. de ilgili haneye yazınız. 8. R2 direncini 00 K yapınız. Devrenin gerilim kazancını bulup, Tablo 2. de ilgili haneye yazınız. 2
9. Tablo 2.' in incelenmesi sonucu: a). R R 2 A v = oluyor mu? b). Deneysel olarak bulduğunuz sonuçları ön çalışma deki bulduklarınız ile karşılaştırınız. 0. R = 0K R2 = 00K iken, işaret üretecinin frekansının yavaş yavaş artırınız. Çıkış işaretinin genliği, hangi frekansta KHz'deki genlik değerinin üçte ikisine iniyor? Bu değeri (yükseltecin band genişliği) not ediniz ve ön çalışma 2 de bulduğunuz sonuç ile karşılaştırınız. Farklılık varmı? niçin?. R = 0K R2 = 33K yapınız. İşaret üreteci frekansını KHz e ayarlayınız. Sonra frekansı yavaş yavaş artırınız. a) Bu durum için, devrenin band genişiğini belirleyiniz. b) Önceki işlemde bulduğunuz (Av=0) band genişliği ile bu işlemde bulduğunuz (Av=3.3) band genişliğini karşılaştırınız. Gerilim kazancının miktarı band genişliğini etkiliyor mu? Nasıl ve ne ölçüde? Şekil 2.5 3
DENEYSEL ÇALIŞMA ----- 3 ----- KONU: Op-amp uygulaması olarak evirmeyen yükselteci (non-inverting amplifier) incelemek. ÖN BİLGİ: Şekil 3.l'de, op-amp devresinin evirmeyen yükselteç olarak kullanılması görülüyor. Burada işaret (+) girişe uygulanmıştır. Giriş ile çıkış işaretleri aynı fazdadırlar. Devrenin gerilim çk R2 kazancı Av = = ( + ) olarak ifade edilebilir. Bu bağlantıda çıkış empedansı oldukça R yüksektir. Şekli 3. deki devrenin bir diğer çizilmiş şekli de Şekil 3.2 de gösterilmiştir. Her iki devrenin de birbirinin aynı dikkat ediniz. Şekli 3. Şekil 3.2 Evirmeyen yükselteç daha önceden incelenen eviren yükselteç arasındaki belli başlı farklar şunlardır: - Evirmeyen yükselteçte giriş ve çıkış işaretleri aynı fazdadır. Eviren yükselteçte ise arlarında 80 faz farkı vardır. - Evirmeyen yükseltecin giriş empedansı op-amp giriş empedansına eşit olup çok yüksektir. Eviren yükseltecin giriş empedansı ise R kadardır. - Evirmeyen yükseltecin kazancı, eviren yükseltecinkinden daima fazladır, daima da den büyüktür. Çıkış empedansı, band genişliği gibi diğer özellikler bakımında aralarında fazla fark yoktur. ÖN ÇALIŞMA:. Şekil 3.3 deki devrenin gerilim kazancı, R2=0K, R2=33K, R2=00K değerleri için ayrı ayrı bulunuz. 2. Şekil 3.4'deki devrenin band genişliğini, yaklaşık olarak, hesaplayınız. 4
Şekil 3.3 Şekil 3.4 DENEYDE KULLANILACAK DERE ELEMANI E CİHAZLAR: 2 adet 0 K direnç adet 33 K direnç adet 00 K direnç Yeterince kısa devre elemanı adet 747 op-amp adet işaret üreteci adet osiloskop. DENEY:. Devreyi Şekil 3.5'deki gibi kurunuz. R2=0 K olacaktır. 2. Giriş kaynağının (+) ve (-) bölümlerini sırasıyla +2 volta ve -2 volta ayarlayınız. 3. +2 volt besleme gerilimlerini devreye uygulayınız. 4. İşaret üretecinin çıkışını, Frekansı KHz, Genliği (t-t) olan bir sinüssoidal işarete ayarlayınız. 5. Osiloskobunuzun A kanalına giriş işaretini, B kanalına da çıkış işaretini uygulayınız.her iki kanalı da, frekansı KHz genliği volt olabilecek bir işareti en iyi şekilde görüntüleyebilecek biçimde ayarlayınız. (B kanalı için daha sonra yeniden ayarlama yapmak gerekebilir). 6. İşaret üretici çıkışı devre girişine uygulayınız. 5
a). ve çk işaretlerini osiloskop ekranında bir arada gözleyiniz. Aralarında faz farkı var mı? b). Devrenin gerilim kazancını bulup Tablo 3.l'de ilgili haneye not ediniz. 7. R2 direncini 33K yapınız. Devrenin gerilim kazancı, bu durumda ne kadar oluyor? Tablo 3. de ilgili haneye yazınız. R2(K) 0 33 00 Tablo 3. Av 8. R2 direncinin değerini 00K yapınız. Devrenin gerilim kazancını bulup, Tablo 3. de ilgili haneye yazınız. 9. Tablo 3. deki sonuçlara göre; a). R A v + R 2 = oluyor mu? b). Deneysel olarak bulduğunuz sonuçları ön çalışma deki bulduklarınız ile karşılaştırınız. 0. Eviren yükselteç için bulduğunuz sonuçları hatırlayarak. Evirmeyen yükselteç kazancının aynı şartlar altında, eviren yükselteç kazancından daima fazla olduğunu gözlediniz mi?. R= 0K ve R2= 00K iken, işaret üretecinin frekansını yavaş yavaş artırınız. Çıkış işareti, hangi frekans değerinde KHz'deki genliğinin üçte ikisine iniyor? Bu değeri not ediniz ve ön çalışma 2 de bulduğunuz sonuç ile karşılaştırınız. Farklılık var mı? Niçin? 2. Eviren yükselteç için bulduğunuz sonucu hatırlayınız. Eviren ve evirmeyen yükselteçlerin, yaklaşık aynı gerilim kazançlarında, benzer band genişliğine sahip olduklarını gözlemlediniz mi? 6
Şekil 3.5 7
DENEYSEL ÇALIŞMA ----- 4 ----- KONU: Op-amp uygulaması olarak gerilim izleyici (oltage follower) sini incelemek. ÖN BİLGİ: Gerilim izleyici devresi, isminden de anlaşılacağı gibi, gerilim kazancının ve giriş-çıkış işaretlerinin aynı fazda olduğu bir yükselteçtir. Bu özellikler, kazancı olan evirmeyen yükselteç ile sağlanabilir. Böyle bir devre Şekil 4. de görülmektedir.bu devrenin kazancı olduğu için band genişliği de oldukça yüksektir, empedansı büyük, çıkış empedansı ise çok küçüktür. Şekil 4. ÖN ÇALIŞMA:. 747 op-amp'ı kullanılarak yapılan bir gerilim izleyici devresinin band genişliğini hesaplayınız. 2. Daha önceki deneylerde incelenen transistor devrelerinden emiter izleyici devresi ile opamp lı gerilim izleyici devresini karşılaştırıp benzerlikleri sıralayınız. DENEYDE KULLANILACAK DERE ELEMANI E CIHAZLAR: adet 74 7 op-amp adet işaret üreteci adet osiloskop. DENEY:. Devreyi Şekil 4.2 deki gibi kurunuz. 2. Güç kaynağının (+) ve (-) bölümlerini sırasıyla +2 volta ve -2 volta ayarlayınız. 8
3. ±2 volt besleme gerilimlerini devreye uygulayınız. 4. İşaret çıkışını, Frekansı KHz, Genliği (t-t) olan bir sinusoidal dalgaya ayarlayınız 5. Osiloskobunuzun A kanalına giriş işaretini, B kanalına da çıkış işaretini uygulayınız. Her iki kanalı da, frekansını KHz genliğini volt olabilecek bir işareti en iyi şekilde görülecek biçimde ayarlayınız. 6. İşaret üretici çıkışını devre girişine uygulayınız. ve çk işaretlerini osiloskop ekranında bir arada gözleyiniz. İşaretler her bakımdan birbirinin aynısı mı? 7. İşaret üretecinin frekansını yavaş yavaş artırınız. Çıkış işaretinin genliği hangi frekans değerinde KHz'dekinin üçte ikisine iniyor? Bu değeri not ediniz ve daha önceki deneylerde bulunan çeşitli op-amp devrelerine ait band genişlikleri ile karşılaştırınız. Şekil 4.2 9
DENEYSEL ÇALIŞMA ----- 5 ----- KONU: Op-amp uygulaması olarak toplar yükselteci (summing amplifier) incelemek. ÖN BİLGİ: Şekil 5. de, op-amp devresinin toplar yükselteç olarak kullanımı görülmektedir. Burada op-amp eviren yükselteç olarak çalışmakta olup çıkış: R f R f çk = ( + 2 ) olarak yazılabilir. R R 2 Rf=R=R2 seçilirse = + 2 olur. Burada (-) işaret op-amp'ın eviren yükselteç çk olarak çalışmasından kaynaklanmaktadır. Şekil 5. ÖN ÇALIŞMA:. Şekil 5.2 deki devrenin çıkışında kaç volt gözleriz. Hesaplayınız. 2. Aynı soruyu Şekil 5.3'deki devre için de cevaplayınız. Şekil 5.2 Şekil 5.3 20
DENEYDE KULLANILACAK DERE ELEMANI E CİHAZLAR: adet K direnç adet 2,2 K direnç 3 adet 0 K direnç 2 adet 33 K direnç Yeterince kasa devre elemanı adet 747 op-amp adet sayısal multimetre. DENEY:. Devreyi Şekil 5.4'deki gibi kurunuz. 2. Güç kaynağının (+) ve (-) bölümlerini sırasıyla,+2 volta ve -2 volta ayarlayınız. 3. ±2 volt besleme gerilimlerini devreye uygulayınız. Sayısal multimetre kullanarak; a), 2, çk gerilimlerini not ediniz. = + 2 oluyor mu? çk b) Bulduğunuz sonucu, ön çalışma 'de bulduğunuz sonuç ile karşılaştırınız. 4. Rf = 33 K yapınız. Sayısal multimetre kullanarak; a), 2, çk gerilimlerini ölçüp not ediniz. = + 2 eşitliği hala geçerli mi? çk Değil ise niçin? Açıklayınız. b) Bulduğunuz sonucu, ön çalışma 2'de bulduğunuz sonuç ile karşılaştırınız. Şekil 5.4 2
DENEYSEL ÇALIŞMA ----- 6 ----- KONU: Op-amp uygulaması olarak çıkartma yapan devreyi (difference amplifier) incelemek. ÖN BİLGİ: Şekil 6. de op-amp devresinin çıkartma işlemini nasıl yaptığına ait devre görülmektedir. Devrede superpozisyon teoremi uygulandığında; 'den dolayı ı çk R f = olur. 2 'den dolayı; R ıı çk = ( 2 R3 )( + R + R 2 3 R R F ) ıı çk = 2 ( R 2 R3 )( + + R 3 R R F ) R ı f R3 RF = ıı çk + çk = + 2 ( )( ) olarak bulunur. R R + R çk + 2 3 R Şekil 6. Eğer R=R2=R3=Rf ise: = olur.görüldüğü gibi dever girişine uygulanana çk 2 gerilimleri farkını almaktadır. R3=Rf ve R=R2 olarak seçmek suretiyle, devreyi fark yükselteci haline getirmek mümkündür. Örneğin, R3=Rf=00 K ve R=R2=0 K ise devre çıkışında giriş işaretleri arasındaki farkın 0 katı görülecektir. ÖN ÇALIŞMA:. Şekil 6.2 deki devre çıkışı kaç volttur? Hesaplayınız. 2. Aynı soruyu, Şekil 6.3 deki devre içinde cevaplayınız. 22
Şekil 6.2 Şekil 6.3 DENEYDE KULLANILACAK DERE ELEMANI E CİHAZLARI: adet 2.2 K direnç adet 5,6 K direnç 4 adet 0 K direnç 3 adet 33 K direnç Yeterince kısa devre elemanı adet 747 op-amp adet sayisal multimetre. DENEY:. Devreyi Şekil 6.4 deki gibi kurunuz. 2. Güç kaynağının(+) ve (-) bölümlerini sırasıyla, +2 volta ve -2 volta ayarlayınız. 3. ±l2 volt besleme gerilimlerini devreye uygulayınız. 4. Sayısal multimetre kullanarak; a), 2, çk gerilimlerini not ediniz. çk = 2 oluyor mu? b) Bulduğunuz sonucu, ön çalışma l'de bulduğunuz sonuç ile karşılaştırınız. 5. R3=Rf=33 K yapınız. Sayısal multimetre kullanarak, a), 2, çk gerilimlerini not ediniz çk = hala geçerli mi? Değilse niçin? Açıklayınız. 2 b) Bulduğunuz sonucu ön çalışma 2'de bulduğunuz sonuç ile karşılaştırınız. 23
c) Devre fark yükselteci olarak çalışıyor mu? Şekil 6.4 24
DENEYSEL ÇALIŞMA ----- 7 ----- KONU: Op-amp uygulaması olarak türevleyici (differentiator) devresini incelemek. ÖN BİLGİ: Türevleyici devresi, genel olarak bir eviren yiikselteç özelliğindedir (Şekil 7.l). Fark olarak girişte direnç yerine kondansatör (C ) bulunmaktadır. Devre, girişine Şekil 7. uygulanan periyodik işaretin türevini alarak çıkışa aktarır. Bu işlem formüllerle, kısaca, şu şekilde açıklanabilir. Op-amp devresinin giriş empedansı çok yüksek olduğundan X noktasındaki gerilim yaklaşık, 0 volt (+ uçtaki gerilim) civarındadır. Buna göre; C kondansatörü üzerinden akacak akım; I =C.d/dt olur. Şekil 7. Çıkış gerimi ise; = R İ olarak yazılabilir (X noktası yaklaşık 0 olduğundan). çk f f çk d = R f C olacaktır. Görüldüğü gibi, Şekil 7. deki devre girişine uygulanan dt işaretinin türevini alıp d dt belirli bir sabit ile (Rf C) çarparak çıkışına aktarmaktadır. Şekil 7.'deki devre uygulamada bu haliyle yeterli değildir. Çünkü C kondansatörü yüksek frekanslardaki işaretlere kısa devre gibi davranacağından yükselticin kazancı artar, çıkış bu frekanslar için yüksek değerlere ulaşır. işaretinin frekansı yüksek olmasa bile beraberinde görültü mevcut olabilir. Gürültü işareti çok geniş frekans tayfına sahip olduğundan, Şekil 7. deki devre gürültünün yüksek frekans bölümü olduğu gibi yükseltebilir. Bu ise istenmeyen bir durumdur. Bu nedenle op-amp devresi kazancına yüksek 25
frekanslar için bir sınır koymak gerekir. Bu işlem Şekil 7.2 de görüldüğü gibi bir R direncinin eklenmesi ile sağlabilir. Artık devrenin maksimum kazancı Rf/R olarak sınırlandırılmıştır. Şekil 7.2 Bu devrenin türevleyici olarak çalışabilmesi için 2 koşulun sağlanması gerekir.. Giriş işaret frekansı; f f c R C = 2π olmalıdır. Bu değerden frekansa sahip frekanslar için devre türevleyici olarak çalışmaz. 2. Devrede Rf C çarpımı zaman sabitesi olarak isimlendirilir. Giriş işaretinin peryodu yaklaşık bu değer civarında olmalıdır. Örnek: Şekil 7.3 deki devre frekansı KHz bir sinüsoidal işaret için türevleyici olarak çalışabilirmi? Şekil 7.3 4 f 0 c = = = 3 6 2πR C 2π 0 0, 0 2π Bu durumda f<fc olur. Devrenin zaman sabitesi, 6 3 C R f = 0,*0 *0 *0 = msn 26
Giriş işaretinin peryodu, T = = = msn. f KHz Görüldüğü gibi, giriş işaretinin peryodu, devrenin zaman sabitine eşittir. Şu halde, devre KHz frekansı sinüsoidal işaret için türevleyici olarak çalışabilir. Şekil 7.3 deki devrenin söz konusu işaret için türevleyici olarak çalışabileceğini kanıtladıktan sonra, devre girişine 0,5 genlikli ve KHz frekanslı bir sinüsoidal uygulandığında çıkışta görülecek işaretin ne tip bir işaret olduğunu araştıralım; Giriş işaretini, = 0,5*sin 2πft = 0,5*sin 2π (000) t olarak formülize etmek mümkündür. d çk = RfC olduğuna göre dt çk d = ( 0K)(0,µ F) (0,5sin 2π (000) t) dt çk = ( 0K)(0,µ F)(0,5* 2π *000)(cos 2π (000) t) çk = 3,4cos 2π (000)t olur. Şu halde çıkış işareti, 3,4 tepe değerli ve KHz frekanslı bir cosinüs eğrisidir. d NOT: sin 2π f t = 2π f cos 2 π f t olur. dt ÖN ÇALIŞMA:. Şekil 7.4 deki devre girişine, Şekil 7.5 deki işaret uygulandığında devre türevleyici olarak görev yapar mı? fc ve f frekanslarını ve devre sabiti ile T değerini karşılaştırarak bu sonuçlara dayandırınız. 27
Şekil 7.4 Şekil 7.5 Şekil 7.4 deki devre girişine, Şekil 7.5 deki işaret uygulandığında çıkış işaretinin şekli, frekansı ve genliği ne olur açıklayınız? ve çk işaretlerini alt alta çiziniz. Yol Gösterme: Şekil 7.5 deki işaretin genel çizimi Şekil 7.6 da gösterilmiştir. Şekil 7.6 Burada a b arasındaki doğru parçası t msn kadar süre içinde den + ye çıkmaktadır. Denklemi ab = + 2 * t olarak yazılabilir. Çünkü t=0 olduğunda ab=- t t = t olduğunda ab= + olmaktadır. bc arasındaki doğru parçası ise t ile 2t arasıda + den ye inmektedir. Denklemi, bc = + 2 ( t t) olur. Çünkü, t t = t olduğunda bc = + t = 2t olduğunda bc = olmaktadır. = ab = + 2 t olduğunda, t d çk = RFC ( + dt 2 t) t 28
çk = R F C ( ) t çk = 2RFC olur. t = bc = + 2 ( t t) olduğunda ise, t çk = R F C d dt ( 2 ( t t)) t çk = R F C ( 2 ) t = çk 2RFC t olur. Buna göre çk işaretinin ( in tamamı için) genliği, açıktır. Bu bilgilerin ışığı altında ön çalışma 2 yi cevaplayınız. 2RF C olan bir kare dalga olacağı t DENEYDE KULLANILCAK DERE ELEMANI E CİHAZLARI: adet 0 K direnç Yeterince kısa devre elemanı adet 0 nf kondansatör adet 747 op-amp adet işaret üretici adet osiloskop DENEY:. Devreyi Şekil 7.7 deki gibi kurunuz. 2. Güç kaynağının (+) ve (-) bölümlerini sırasıyla +2 a ve -2 a ayarlayınız. ± besleme gerilimlerini devreye uygulayınız. 29
3. İşaret üretici çıkışını, Frekansı KHz, Genliği 2 t t olan bir üçgen dalgaya ayarlayınız. 4. Osiloskobun A kanalına giriş işaretini, B kanalına ise çıkış işaretini uygulayınız. Her iki kanalı da; frekansı KHz, genliği volt olabilecek bir işareti en iyi şekilde görüntüleyecek biçimde ayarlayınız. 5. İşaret üreteci çıkışını, devre girişine uygulayınız. a) ve çk işaretlerini birlikte gözleyip, aralarındaki farkları not ediniz. Devre türev alıcı olarak çalışmışmıdır? b) çk işaretinin tepe genliğini ölçüp net ediniz. Bu sonucu, ön çalışma 2 de bulduğunuz sonuç ile karşılatırınız. 6. Girişi uygulanan üçgen dalganın genliği aynı kalmak koşuluyla frekansını yarıya indiriniz. (0,5 KHz). 7. Çıkışta gözlediğiniz işarette ne gibi değişiklikler oldu? Bu değişiklikleri nasıl açıklarsınız? 8. Girişe uygulanan üçgen dalganın genliği aynı kalmak koşuluyla frekansını 20 KHz yapınız. Çıkış işaret şekli, öncekilere kıyasla değişti mi? Niçin? Devrenin gerilim kazancı ne RF 0K kadar? Bu kazanç Av = = = 0 sonucuna yakın mı? Devre sadece eviren yükselteç R K gözüyle bakılabilir mi? Niçin? Açıklayınız. Şekil 7.7 30
DENEYSEL ÇALIŞMA ----- 8 ----- KONU: Op-amp uygulaması olarak inteatör devresini incelemek. ÖN BİLGİ: İnteatör devresi, genelde, girişine uygulanan işaretin intealini alır ve çıkışa aktarır. Bu işlemi yapan bir op-amp devresi Şekil 8. de görülmektedir. Dikkat edilecek olursa, türevleyici devresindeki direnç ve kondansatörlerin yerlerini değiştirmek suretiyle inteatör devresi elde edilmektedir. Bu devrede de x noktasındaki gerilim op-amp çıkış özelliğinden dolayı, 0 civarındadır. Şekil 8. Bu durumda; İ = yazılabilir. R çk = C F t 0 İ f dt ve İ f = İ olduğuna göre çk = C F t İ dt = - t C 0 F 0 R dt çk = C R F t 0 dt Olarak bulunur. Bilindiği gibi inteal anlam olarak bir eğrinin altında kalan alana karşılık gelmektedir. Op-amp devresindeki giriş ofset geriliminin giderek op-ampı doyuma götürmesini önlemek için Şekil 8. deki devre de değişiklik yapmak gerekir. Bu değişiklik 3
Cf kondansatörüne paralel bir R direnci bağlanarak yapılır (Şekil 8.2). Giriş polarma akımlarının eşit olmayışından doğacak ofset gerilimini ve dolayısıyla bu gerilimin etkilerini gidermek amacıyla Şekil 8.3 te görüldüğü üzere R2 direnci kullanılır. Şekil 8.2 Şekil 8.3 Bu direncin değeri R R // R 2 = RR R2 = olmalıdır. Devrenin bir inteatör olarak R + R görev yapabilmesi için girişine uygulanan frekansı (f) f f c = olmalıdır. 2πR C f Ayrıca devrenin zaman sabitesi ( R C f ) ile girişine uygulanan işaretin peryodu birbirlerine yakın değerde olmalıdırlar. f<fc olduğunda devre eviren yükselteç olarak çalışır ve çıkışta girişin R R kadar yükseltilmişi görülür. İnteal alma işlemi türev almanın tersi olduğundan bir inteatör girişine kare dalga uygulandığında çıkışta üçgen dalga elde edilir. ÖN ÇALIŞMA:. Şekil 8.4 deki devre girişine Şekil 8.5 deki işaret uygulandığında devre inteatör olarak çalışır mı? fc ile f frekanslarını ve devrenin zaman sabiti ile T değerini karşılaştırarak cevabınızı bu sonuçlara dayandırınız. 2. Şekil 8.4 deki devre girişine Şekil 8.5 deki işaret uygulandığında çıkış işaretinin şekli, frekansı ve genliği ne olur? Açıklayınız. ve çk işaretlerini alt alta çiziniz. 32
Şekil 8.4 Şekil 8.5 Yol Gösterme: 0 ile 0,5 msn arasında çk = C R F t 0 dt çk = C R F t 0 İdt çk = R C f t Bu bir 3 R C eğimli doğru denklemidir ve tepe değerini t = t = 0,05* 0 sn anında alır. F Bu durumda çk ( tepe) = 0 *0 3 0,05*0 t I = 0,5 olur. 0,05 msn ile 0, msn 6 * 0,0*0 0 3 arasındaki durum buna benzer şekilde hesaplanabilir. DENEYDE KULLANILACAK DERE ELAMANI E CİHAZLAR: 3 adet 0 K direnç adet 00 K direnç Yeterince kısa devre elamanı adet 0,0 µf kondansatör adet 747 op-amp adet işaret üreteci adet osiloskop DENEY:. Deneyi Şekil 8.6 daki gibi kurunuz. Kurduğunuz devreyi öğretmenize kontrol ettiriniz. 2. Güç kaynağının (+) ve (-) bölümlerini sırasıyla +2 ve -2 a ayarlayınız. ±2 besleme gerilimlerini devreye uygulayınız. 3. İşaret üreteç çıkışını, Frekans 0KHz, Genliği 2(t-t) olan bir kare dalga ayarlayınız. 33
4. Osiloskobunuzun A kanalına giriş işaretini B kanalına ise çıkış işaretini uygulayınız. Her iki kanalıda frekansı KHz genliği olabilecek işareti en iyi şekilde görüntüleyecek biçimde ayarlayınız. 5. İşaret üretici çıkışını, devre girişine uygulayınız. a) ve çk işaretlerini birlikte gözleyip aralarındaki farkları not ediniz. Devre inteal alıcı olarak çalışmıdır? b) çk işaretinin tepe genliği ölçüp not ediniz. Bu sonucu ön çalışma-2 deki bulduğunuz sonuç ile karşılaştırınız? c) çk gerilimi 0 etrafında mı salınıyor? Niçin? R=00K direncine paralel 0K bağlayınız ne oldu? Niçin? 6. Girişe uygulanan kare dalganın genliği aynı kalmak koşuluyla frekansını 5KHz yapınız. Çıkışta gözlediğiniz işarette ne gibi değişiklikler oldu? Bu değişiklikleri nasıl açıklarsınız? 7. Girişe uygulanan kare dalganın genliği aynı kalmak koşuluyla frekansını 50 Hz yapınız. Çıkış işaret şekli öncekilere kıyasla değişti mi? Niçin? Devrenin gerilim kazancı ne kadar bu R 00 kazanç A v = = = 0 sonucuna yakın mı? Devreye artık sadece eviren yükselteç R 0 gözüyle bakmak doğru olur mu? Niçin? Açıklayınız. Şekil 8.6 34
DENYESEL ÇALIŞMA ----- 9 ----- KONU: Kıyaslayıcı (comparator) devesini incelemek. ÖN BİLGİ: Op-amp devresine dışarıdan geri besleme uygulanmadığı sürece kazancı çok yüksektir. Şekil 9. de ve ref gerilimleri arasında çok küçükte olsa fark varsa bu fark op-ampın açık devre kazancı( 20 000 civarında ) ile çarpılır ve çıkışa yaklaşık olarak + ve görülür. Şekil 9. Şekil 9. deki kıyaslayıcı, evirmeyen özelliktedir. Çünkü (+) uca uygulanmıştır. >ref olduğunda çk= + ( yaklaşık ) <ref olduğunda çk=- (yaklaşık) olur. Tersi durumda eviren kıyaslayıcı elde edilir. Eğer kıyaslayıcı devresi bir TTL devreyi sürecek ise o zaman Şekil 9.2 de görülmektedir. Şekil 9.2 >ref olduğunda: çk= 5 < ref olduğunda: çk=- 0.6 olur. Bu şekilde kıyaslayıcı çıkışı TTL devre girişine bağlanabilir. Deneylerde kullanılacak 747 op-amp devresinin maksimum dayanabileceği diferansiyel giriş ± 30 civarındadır. Buna 35
göre ile ref arasındaki gerilim farkı hiçbir zaman 30 voltu aşmamalıdır. Örneğin =8 ref=-8 olması halinde op-amp hasara uğrar. Kıyaslayıcı devresi A/D (analog to digital) çeviricilerde delta modülatörlerinde ve daha bir çok alanda kullanılan önemli bir devredir. ÖN ÇALIŞMA:. Şekil 9.3 deki devrede =0.8 ref= 0.7 olduğuna göre çk gerilimini bulunuz. Devre ne tür kıyaslayıcıdır? Şekil 9.3 2. Aynı soruyu Zd diyotu nu yok varsayarak cevaplayınız. 3. R, R2, R3 dirençleri niçin gereklidir? DENEYDE KULLANILACAK DERE ELEMANI E CİHAZLAR: adet 270 Ω direnç 2 adet K direnç 3 adet 0 K direnç adet 33 K direnç adet 0 K potansiyometre Yeteri kadar kısa devre elemanı adet 747 tümleşik op-amp devresi adet N4002 diyot adet BC238B transistör adet led adet 3 zener adet sayısal multimetre 36
DENEY:. Devreyi Şekil 9.4 deki gibi kurunuz. R=R2=0K olmalıdır dikkat ediniz. 2. Besleme gerilimleri +2 ve -2 a ayarlayınız. 3. Kurduğunuz devreye gerilim uygulayınız. 4. Sayısal multimetreyi DC gerilim ölçümüne hazırlatıp devre çıkışına bağlayınız. 5. P potasiyometresini saat yönü olarak sonuna kadar çeviriniz. 6., ref ve çk gerilimlerini ölçüp not ediniz. Durum kurumsal bilgilerle uyum içinde mi? Devre evirmeyen kıyaslayıcı olarak mı çalışıyor? 7. çk gerilimi +2 luk kaynak gerilimine ulaşana kadar potansiyometreyi saat yönüne ters olarak çevirininiz. Tam geçiş anındaki, ref ve çk değerlerini kaydediniz. Bu değerini ölçünüz. Bu değeri ref ile kıyaslayınız. Durum kurumsal bilgilerle uyumlu mu? 8. Devreyi Şekil 9.5 deki duruma getiriniz. R3= 0K olduğunda emin olunuz. Daha küçük değer op-amp ın yanmasına neden olur. 9. = 6 ve ref = 3 için LED in durumunu gözleyiniz. Bu devrede D diyotunun görevi nedir? Devrenin çalışmasını kısaca açıklayınız. 0. ref gerilimini hassas biçimde ölçüp not ediniz. gerilimini, ref geriliminin 20 m üstüne ayarlayıp LED in durumuna bakınız. Aynı işlemi, gerilimini ref geriliminin 230 m altına ayarlayıp yineleyiniz. Devre 20 m luk farkı dahi değerlendirebiliyor mu? 37
Şekil 9.4 Şekil 9.5 38
DENEYSEL ÇALIŞMA ----- 0 ----- KONU: PWM üretici SG3524 ile Buck (azaltan) çevirici devresini incelemek. ÖN BİLGİ: DA çeviricilerin en önemli uygulamaları anahtarlamalı güç kaynakları ve DA motor sürme devreleridir. Bu uygulamada, DA çeviricinin anahtarlama sinyalleri darbe genişlik modülasyonlu (PWM) çıkış sinyali üreten SG3524 enteesi ile sağlanmaktadır. Belli frekanstaki bir sinyalin çalışma oranının (D) başka bir giriş sinyali ile kontrol edilmesi olayına darbe genişlik modülasyonu denir. Çalışma oranı D Şekil 0. de gösterildiği gibi zamanının periyot uzunluğuna (Ts) oranı olarak tanımlanır. Şekil 0. Değişik çalışma oranları bir s doğru geriliminin testere dişi bir dalgayla karşılaştırılması ile elde edilir (Şekil 0.2). Şekil 0.2 39
PWM üretici SG3524 ile Buck (azaltan) çevirici çalışma prensibi Şekil 0.3 de ve çalışma oranı D %25 ve %75 iken PWM ve ortalama çıkış sinyalleri Şekil 0.4 de gösterilmektedir. Şekil 0.3 Şekil 0.4 DENEYDE KULLANILACAK DERE ELEMANI E CİHAZLAR: adet 270 nf kondansatör adet 000 uf kondansatör adet K direnç adet 0 K direnç adet 00 uh bobin adet 0 K potansiyometre adet 22 K potansiyometre Yeteri kadar kısa devre elemanı adet SG3524 enteesi adet BA58 diyot adet BC56 transistör adet sayısal multimetre DENEY:. Devreyi Şekil 0.5 deki gibi kurunuz. 2. Besleme gerilimleri +2 a ayarlayınız. 3. Kurduğunuz devreye gerilim uygulayınız. 40
4. Sayısal multimetreyi ve osiloskobu DC gerilim ölçümüne hazırlatıp devre çıkışına bağlayınız. 5. P ve P2 potansiyometresini çeviriniz. 6. Görev devrini (D) değiştirerek çk gerilimlerini ölçüp not ediniz ve osiloskop dalga şekillerini çiziniz. P P2 Şekil 0.5 Şekil 0.6. SG 3524 blok diyaamı (iç yapısı). 4
DENEYSEL ÇALIŞMA ----- ----- KONU: Op amp kullanarak hassas tam dalga doğrultmaç yapmak. ÖN BİLGİ: Hassas, tam dalga doğrultmaç devresi Şekil. de görülmektedir. Burada. op-amp hassas yarı dalga doğrultmaç olarak, 2. op-amp ise toplar devre (eviren) olarak görev yapmaktadırlar. Şekil. işaretinin negatif alternansları doğrultulmakta ve pozitif olarak. op-amp çıkışına () aktarılmaktadır. Bu sırada op-amp ın gerilim kazancı dir. 2.op-amp ın (-) ucuna hem ve hem de işaretleri birlikte gelmektedirler. Normal olarak, R4=2R5 seçilir. Böylece in pozitif alternanslarında =0 dır ve çk = - olur (R6=R4 seçilir). in negatif alternanslarında ise, çk = - (2+ ) olur (R6=2R5 olduğundan). Bu sırada = olduğundan, çk= -(-2 + ) = olur. bu sırada negatiftir. Anlatılanlar Şekil.2 de çizilmişlerdir inceleyiniz. Şekil.2 42
ÖN ÇALIŞMA: Şekil.3 deki devrede, D ve D2 diyotlarının yönleri çevrilirse çıkış işaretinden ne gibi bir değişiklik meydana gelir? Kısaca açıklayınız. DENEYDE KULLANILACAK DERE ELEMANI E CİHAZLAR: adet 2,2 K direnç adet 4,7 K direnç 4 adet 0 K direnç Yeterince kısa devre elemanı 2 adet BA58 diyot adet 747 tümleşik op-amp adet işaret üreteci adet osiloskop DENEY:. Deneyi Şekil.4 deki gibi kurunuz. 2. (+)ve (-) kaynakları +2 ve 2 değerlerine ayarlayınız. 3. Kurduğunuz devreye (+) ve (-) gerilimleri aynı anda devrenize uygulayınız. 4. İşaret üretecinizin çıkışını (t-t) genlikli ve 500 Hz frekanslı bir sinüsoidala ayarlayınız. 5. Osiloskobun A kanalına işaretini, B kanalına da işaretini uygulayıp birlikte gözleyiniz. Her iki kanal girişi de DC konumda olmalıdır. ve işaretlerini, genlik değerlerini de belirterek alt alta çiziniz. İlk op-amp yarım dalga doğrultmaç olarak çalışıyor mu? 6. Osiloskobun B kanalından işaretini ayırıp çk işaretini bağlayınız. çk işaretini ve işaretlerinin altına çiziniz. 7. Devre tam dalga doğrultmaç olarak çalışmış mıdır? İkinci op-amp eviren toplar yükselteç olarak görev yapıyor mu? 43
8. Giriş işaretinin genliği 200 m (t-t) değere düşürünüz. Devre hala tam dalga doğrultmaç olarak çalışmakta mı? Bu kadar küçük genlikli AC işareti normal diyotlarla doğrultmaya imkan var mı? 9. Giriş işaretinin genliği yeniden (t-t) yapınız. R5 direncini (,5K yı kısa devre ederek) 3,6 K yapınız. çk işaretinde meydana gelen değişikliği ve nedenini yazınız. 0. Devrenin ±2 besleme gerilimlerini kesiniz. R5 direncini tekrar ilk değerine getiriniz.. D ve D2 diyotlarının yönlerini ters çeviriniz. 2. Tekrar ±2 gerilimlerini devreye uygulayınız. 3. ve çk işaretlerini osiloskopta gözleyiniz. Dalgaların yönü pozitifleşti mi? Bu durum ön çalışmada bulduğunuz sonuç ile uyum içinde mi? 4. Op-amp kullanılan yarım ve tam dalga doğrultmaçlar çok küçük genlikli AC işaretlerini doğrulta bildiklerine göre; Sayısal multimetreler de bu tip devreler kullanılır mı? Şekil.4 44
DENEYSEL ÇALIŞMA ----- 2 ----- KONU: Op-amp kullanarak gerilim regülatörü yapmak ve çalışmasını incelemek. ÖN BİLGİ: Op-amp kullanılarak çok çeşitli gerilim regülatörleri yapmak mümkündür. Şekil 2. de böyle bir devre görülmektedir. Devrede regüle edilecek gerilim olarak op-amp ın (+) ucuna uygulanır. Op-amp (-) ucu toprağa bağlanır. Şu halde, bu devrede tek polariteli besleme gerilimi kullanılmaktadır. gerilimi devreye uygulandığında çk işareti pozitifleşmeye başlar. çk<z olduğu sürece zener diyot yalıtkandır. Şekil 2. çk>z olunca zener diyot iletkenleşir ve kırılma gerilimine eşit bir gerilim x noktasında oluşur. ( REF = z olur). Artık bundan sonra op-amp ın pozitif girişine sabit REF gerilimi uygulanmaktadır. Bu sırada op-amp evirmeyen yükselteç olarak çalıştığından; R2 = REF ( ) olur. Bu durumda hem çk ve hem de z gerilimleri regüleli R çk + olduklarından Zd içinden akan akım oldukça kararlıdır. Bu durum, hep ref in ve dolayısıyla da, çk ın kararlı olmasına yol açar. R2 ve R dirençleri ile çk gerilim değerini ayarlamak mümkündür. ÖN ÇALIŞMA: Şekil 2. deki devrede z=3 R2=2,2 K, R=3,3 K, R3=370 Ohm olduğuna göre in 0 ile 20 arasında değişmesi sırasında çk ne değer alır? Zener içinden aka akımı hesaplayınız. 45
DENEYDE KULLANILACAK DERE ELAMANI E CİHAZLARI: Adet 00 ohm direnç Adet 270 ohm direnç Adet 2,2 K direnç Adet 3,3 K direnç 2 adet 33 K direnç adet 3 zener Yeterince kısa devre elamanı adet 747 tümleşik op-amp deversi adet sayısal multimetre DENEY:. Devreyi Şekil 2.2 deki gibi kurunuz. 2. Güç kaynağını çıkışını +2 a ayarlayınız. 3. Rk=Rk2=33 K dirençleri devre girişlerini korumak için konumlulardır. Doğru bağlandıklarını kontrol ediniz. 4. Kurduğunuz devreye gerilim uygulayınız. 5. Sayısal multimetre ile çk gerilimini ölçünüz. Sonucu Tablo 2. de ilgili haneye not ediniz. 6. Tablo 2. de verilen diğer değerlerini sıra ile oluşturup her seferinde çk gerilimini ölçünüz. Sonuçları Tablo 2. de ilgili hanelere yazınız. 7. Tablo 2. deki sonuçlara göre; a) Örnek deki devre çıkışında, geriş 0 ile 20 arasında değişirken sabit gerilim görülüyor mu? b) Bu durumda devre gerilim regülatörü olarak görev yapmış mıdır? c) çk geriliminin değerini ön çalışmada bulduğunuz değer ile karşılaştırınız. Fark varsa, bu neden kaynaklanmaktadır? Ölçüm yaparak kanıtlayınız. R = 2,2 K yaparak R2 oranını büyültünüz. R 46
Bu durumda çk gerilimi ne oldu? Bu gerilimdeki artışın 2 nedenini yazınız. Cevabınızı ölçüm yaparak kanıtlayınız. Tablo 2. () 0 2 6 8 20 çk() Şekil 2.2 47
DENEYDE KULLANILAN OPAMP BACAK BAĞLANTILARI LM747 LM74 48
ELK 435 ENDÜSTRİYEL ELEKTRONİK LABORATUAR DENEY ELEMANLARI LİSTESİ OPAMP (2 şer adet) LM 74 LM 747 SG 3524 Entee ( Adet) DİRENÇ 00 Ω (2 ADET) 270 Ω (2 ADET) K; (3 ADET) 2.2 K; (3 ADET) 4.7 K; (3 ADET) 5.6 K; (3 ADET) 0 K; (0 ADET) 33 K; (4 ADET) 00 K; (3 ADET) 470 K; (3 ADET) KONDANSATÖR (2 şer ADET) 0 nf 00 nf 000 µf ( adet) BOBİN ( ADET) 00 µh DİYOT (2 şer ADET) 3 Zenerdiyot N4002 diyot BA58 diyot TRANSİSTÖR ( er ADET) BC56 BC238 POTANSİYOMETRE ( er ADET) 0 K 22 K 49
ELK 435 ENDÜSTRİYEL ELEKTRONİK LABORATUARI DENEY RAPORU İstenenler (devamı arka sayfaya) CH (olt/div): CH2 (olt/div): Time/Div: CH (olt/div): CH2 (olt/div): Time/Div: Sonuçlar: Deneyin Öğrencinin No Adı No Adı Soyadı Aldığı Not
OPAMPLAR OPERASYONEL KUETLENDİRİCİLER Fairchild 965 yılında, en çok kullanılan Ua709 elemanı piyasaya sunmuştur. Aslında başarısının yanında, bu elemanın birçok dezavantajları da vardı. Bu nedenle de ua74 olarak bilinen op-amp geliştirilmiştir. UA74 çok ucuz ve kolay kullanımı, ayrıca üstün yetenekleri nedeniyle tercih edilmiştir. Değişik firmalar da uaa74 dizaynlarını gerçekleştirmişlerdir. Örneğin Motorolo MCI74 National Semiconductor LM74 ve Texas Instruments SN7274 üretmişlerdir. Bütün bu (monolithic) tek elemanlı işlemsel kuvvetlendiriciler ua74 in eşdeğerleridir. Çünkü bunlar katologlarda da aynı özelliklere sahiptirler. Çoğunlukla insanlar opamp tan bahsediyorlarsa akıllarına gelen ilk eleman 74 olmaktadır. 74 elemanı endüstri standartlarına uygun hale getirilmiştir. Kural olarak yapacağınız dizaynlarda opamp kullanılmışsa bunların yerine 74 olarak devreyi kurabilirsiniz. Op-amp olarak 74 in kullanımını anlamışsanız diğer opampları da kolaylıkla kullanabilirsiniz. Sırası gelmişken 74 farklı versiyon numaralarına sahiptir. 74, 74A, 74C, 74E, 74N, ve diğerleri... Bu farklılıklar bunların gerilim kazançları, sıcaklık farklılıkları, gürültü seviyeleri ve diğer karakteristikleridir. 74C ( Ticari tipte bir elemandır.) çok ucuz ve çok geniş alanlarda kullanılmaktadır. Bunun giriş empedansı 2M, gerilim kazancı 00.000 ve çıkış empedansı 75 dur. 74 İN ŞEMATİK DİYAGRAMI Şekil 5-, 74 in basitleştirilimiş şematik diyaamını göstermektedir. Bu devre 74 in eşdeğer devresi olup sonradan üretilen op-ampların temelini teşkil eder. Devre dizaynlarında her türlü ayrıntılı özellikleri anlamaya ihtiyaç yoktur. Fakat op-amp ın nasıl çalıştığı hakkında genel bir fikre sahip olabilirsiniz. 74 in ardındaki temel düşünce şudur: Giriş katı Q ve Q2 PNP transistörlerinden oluşturulumuş bir fark kuvvetlendiricidir. Bildiğiniz gibi emiterdeki bağlantı elemanları nedeniyle bu devre, akım kaynağı olarak çalıştığı farz edilmiştir. 74 in içinde Q4 akım kaynağı olup emiter direnci yerine geçmektedir. R2 ve Q4 ün polarmasını kontrol ederek fark kuvvetlendiricinin akımını üretir. Fark kuvvetlendirici de kollektör direnci yerine normal direnç kullanarak bunu yük direnci yerine kullanabiliriz. Bu aktif yük Q4 için oldukça yüksek empedanslı bir akım kaynağı olarak çalışır. Bu sebepten fark kuvvetlendiricinin gerilim kazancı daha büyük olmaktadır. Beyz DC Dönüş Elemanları Şekil 5- de görüldüğü gibi giriş beyzleri boşluktadır. İşlemsel kuvvetlendirici her iki girişe beyz dirençleri RB ve toprak arasındaki DC bağlantılar yoksa çalışmayacaktır. Bu dönüş yolları işlemsel kuvvetlendiriciyi süren devrenin, Thevenin dirençleri tarafından temin edilir. Eğer sürücü devreler kapasitif kublajlı ise mutlaka beyz dönüş dirençlerine ihtiyaç vardır. Bu düşüncenin anahtarı her giriş için beyzden toprağa bir bağlantı olmalıdır. Eğer beyzden toğrağa da bir yol yoksa op-ampın transitörleri kesimde olacaktır. GİRİŞ EMPEDANSI Fark yükselticinin giriş empedansı şu şekilde ifade edilir. Rgiriş = 2 re
Fark yükselticideki ortak emiterli bağlantı nedeniyle işlemsel kuvvetlendirici oldukça yüksek giriş empedansına sahiptir. Örneğin 74 in giriş fark kuvvetlendirici (tail) akımı yaklaşık olarak 5uA dir. Her emiter bu akımın yarısını üzerinden akıtır. 25m ré= = 3.33 k 7,5uA 74 de girişteki her transistörün sı tipik olarak =300 olduğuna göre giriş empedansı: ri= 2 (300). (3,3K) = 2m Bu 74 in kataloglarında tesbit edilen giriş direnci değeridir. Eğer daha yüksek giriş empedansları gerekiyorsa dizayn yapan kişi BIFET (fetgirişli) op-amp kullanma zorunluluğu vardır. Bu op-amp fet in ve bipolar transitörlerin bir araya getirilmesiyle oluşturulmuştur. Örneğin LF274-74 olarak modife edilmiş JFET kaynak takip edicinin çıkışı normal 74 op-amp sürmektedir. Bu kombinasyon 74 diğer karakteristikleri ile JFET kaynak takip edici giriş avantajlarını meydana getirmektedir. Bu sebepten LF374 standart 74 için yedek olarak kullanılabilir. ŞEMATİK SEMBOLLER Bir op-ampın şematik sembolü Şekil 5-2 de görülmektedir. A op-ampın gerilim kazancıdır. Faz terslemeyen giriş, farz tersleyen giriş ise 2 dir Fark girişi giriş = - 2, 2 gerilimleri ve çıkış gerilim noktalarına dikkat ediniz. Bunun anlamı ölçümlerin daima toprakla bu noktalar yapılmasıdır. Fark girişi giriş iki giriş gerilimi, 2 arasındaki farktır. Biz çoğu zaman Şekil 5-2 de görülen toprak hattını çizerek göstermeyiz. Bunun anlamı toprak noktası olmasa da ölçülen değerlerin toprağa göre olmasıdır. çıkış = A. g,iriş çıkış giriş = A 74 için A= 00.000 dir ve çıkış empedansı Zçıkış = 75 dur. Genellikle opampın çıkışına bağlanan yük direnci Zçıkış dan küçüktür. çıkış yaklaşık olarak th = çıkış değerine eşittir. Örnek 5- Bir 74 giriş gerilimi uv tur. Bu opampın çıkışındaki gerilim ne kadardır? Çözüm Giriş gerilimini, gerilim kazancı ile çarptığımızda 74C nin kazancı 00.000 olduğuna göre çıkış gerilimi: çıkış = 00.000. (u)= 0. Bu cevaptan op-amp çıkışına yük direnci bağlanmadığı farzedilmiştir. Eğer yük direnci kullanılmış ise Thevenin çıkış geriliminin bir kısmı bu yük üzerinde düşecektir. Eğer yük direnci op-amp çıkış direnci değerinden 00 defa daha fazla ise çıkış direnci üzerinde meydana gelen gerilim düşümünü ihmal edebilirsiniz. 74C nin çıkış empedansı 75 olduğuna göre yük direnci 7,5 k dan büyük ise yükleme etkisi dikkate alınmayabilir.