1. I LEMSEL YÜKSELTEC N YAPISI 1.1. Yükselteçlerin Genel Özellikleri ekil 1.1: Yükseltef sembolü ve yükseltme Elektronik sistemlerle i lenecek sinyallerin hemen hepsi diisiik genlikli yani zay f sinyallerdir. Örne in insan viicudundan al nan biyoelektrik sinyaller ya da cep telefonumuza ula an elektromanyetik dalgalar son derece zay f elektriksel sinyallerdir. Elektronik sistemlerin pek ço unda yeterli derecede yiikseltilmi elektriksel sinyallere ihtiya? duyulur. Elektriksel sinyallerin istenilen derecede kuvvetlendirilmesi ifin yiikselte? (amplifikatör) devreleri kullanihr. Yiikseltefler ak m ya da gerilim, dolay siyla gii? kazanc sa lamak amac yla kullan lan devrelerdir. ekil 1.1 de bir yiikseltecin sembolü göriilmektedir.
Yiikselteç, giri ine uygulanan kiiciik elektriksel sinyalleri, kaynaktan aldigi enerjiyi de kullanarak, devresindeki aktif devre elemanlan yard yla cikis na büyiitiilmus olarak aktanr. Bunu yaparken giic kaynagindan almis oldugu enerjiyi giri sinyaliyle ayn özellikte, fakat giiclendirilmi bir ç kis sinyali elde etmek iizere i ler. Yani yiikseltecin cikis ndan al nan elektriksel sinyalin giicii, giri ine uygulanan sinyalin giiciinden daha büyiiktiir. ekil 1.2: Ses yükseltme i^lemi Bir spor salonunda oynanan mafia ilgili anonslann kalabal k bir seyirci toplulu una duyurulabilmesi amac yla ses yiikseltefleri kullanihr. Ses yiikselteçleri mikrofon ile hoparlör aras nda çalis r ve herkes taraf ndan duyulabilmesi için ses güciinii yiikseltir. Yiikseltefler giri lerine uygulanan sinyalin ak m ya da gerilimini yiikseltmek suretiyle f kista bir giic kazanc sa lar. ekil 1.2 de bir ses yiikseltecinin? alisma prensibi canlandinlmist r. Elektrik elektronik teknolojisinde ihtiyaca göre pek çok tiirden yiikselteç kullamlmaktad r. Calisma ekline gore, kullamm ekline göre, ba lant ekline göre, frekans durumuna gore, yiikiin rezonans durumuna göre yiikseltefleri s fland rabiliriz. > Diisiik frekans yiikselteçleri > Ses frekans yükselteçleri > Ultrasonik yükselteçler > Radyo frekans yükselteçleri > Geni band yükselteçleri > Video yükselteçleri > Enstrümantasyon yükselteçleri > Küçük sinyal yükselteçleri > Büyük sinyal yükselteçleri
Her sistemin?ahsma standartlar ifade eden baz özellikleri vard r. Bu özellikler sistemin tan mlanmasinda kolayhklar sa lamaktad r. 1.1.1. Kazan? Yiikseltecin giri ine uygulanan sinyalin? kista ne kadar yiikseltildi i kazan? katsay ile ifade edilir. Kazan? katsay iirün bilgi sayfalannda G (gain) ya da Av (Amplitude voltage) olarak gösterilmekte olup, bundan sonraki böliimlerde biz K olarak kullanacagiz. Kazan? bir sisteme verilen girdinin?ikista ne kadar arttigmi ifade eden bir katsay r ve birimsizdir. Herhangi bir sistemin kazan? katsay a agidaki bagint ile ifade edilebilir. De eri K=-------------------------- Giris Degeri Örnek: Bir elektronik par?a sat 5 YTL ye almis oldu u entegre devreyi 10 YTL ye satmaktad r. Sat cimn kazan? katsay /oram nedir. 10 YTL YTL para biriminin hem bölen hem de böliinen k mda oldu una dikkat ediniz. Bölme sonucunda YTL ler birbirini götüriir, sonu? bir katsay dan ibarettir ve birimsizdir. Kazan? katsay 2 olan sat bu entegreleri 7 YTL ye aldiginda ka? YTL ye satmas gerekir. Cik = Giri * K = 7 YTL * 2 = 14 YTL NOT: Yiikselte?lerle ilgili aynnt h bilgi i?in Analog Devre Elemanlan" modiiliine bakimz. 1.1.2. Giri Direnci Birden fazla elektronik devre art arda ba landiginda, kaynak devrenin? kis ndan, ahc devrenin giri ine do ru bir ak m akis olur. Bu ak min miktan kaynak devrenin? kis direnci ve ahc devrenin giri direncine baghd r. Giri direnci, bir devrenin kendinden önce gelen devrenin? kis ak na kar ne kadar zorluk gösterece i ya da kendinden önce gelen devreden ne kadar ak m?ekece ini ifade eden bir özelli idir. Ohm kanunu ile ilgili bilgilerinizi hat rlayimz. Üriin bilgi sayfalannda Ri olarak gösterilen bu özelli i biz Rg olarak kullanacagiz.
Bir devrenin giri direncinin diisiik olmas, kendisinden önce gelen devreden, yani kendisine sinyal sa layan devreden fazla ak m çekmesi, anlam na gelir. Bu durum önceki devrenin yeteri kadar ak m verebilmesi, yeteri kadar giiclii olmasim gerektirir. Yiiksek giri direncine sahip bir devre ise, kendinden önce gelen devreden az miktarda ak m çekerek önceki devrenin a m yiiklenmesine ve bundan dolay sinyal bozulmalanna neden olmaz. Dolay yla bu tiir devrelerin giri ine diisiik ç kis giiciine sahip ba ka devreleri herhangi bir yiikseltme i lemine gerek kalmaks mz n ba layabiliriz. 1.1.3. ÇiM Direnci Bir devrenin ç kis direnci devrenin ç kis ndan ne kadar ak m çekilebilece inin, bir ba ka anlat mla devrenin ne kadar ak m verebilece inin bir göstergesidir. Ç kis direnci aym zamanda, bir devrenin cikis terminali ile toprak aras nda göriilen direnç olarakta tarif edilebilir. Maksimum giiç transferi ile ilgili bilgilerinizi hat rlayimz. Bilindi i gibi bir devreden maksimum enerji çekebilmek için devrenin cikis direnci ile ahc devrenin giri direncinin it olmas gerekir. E er önceki devrenin cikis direnci yiik devresinin giri direnci ile uyumlu de ilse bu durumda önceki devrenin çalismas nda sorunlar ortaya fikacakt r. Kaynak devre bir osilatör ise, fahsma frekans nda kayma ya da tamamen osilasyonun durmas, bir yiikselteç ise kazançta de me gibi sorunlar ortaya cikacakt r. Bu tiir sorunlar ile kar la mamak i? in kaynak devrenin cikis direnci ile yiik devresinin giri direncinin birbirine it olmas hedeflenir. Bu özellik iiriin bilgi sayfalannda Ro olarak ifade edilmektedir, biz bundan sonra Re olarak kullanacagiz. 1.2. i^lemsel Yükselte 9 lerin Özellikleri Islemsel yiikselteflerin temel özellikleri aras nda, son derece yiiksek gerilim kazanc, yiiksek giri direnci ve diisiik ç kis direnci, say labilir. Ic devre yap tek bir yonga iizerine bir ila dört adet i lemsel yiikselteç olu turabilmek i? in, yiizlerce son derece kiifiik transistör ve devre elemamndan olu ur. Bu devreler sadece BJT (bipolar junction transistor), JFET (jonction field effect transistor) ya da MOSFET (metal oxide semiconductor FET) kullamlarak yap labilir. Giiniimiizde yiiksek giri dirençleri nedeniyle JFET i lemsel yiikselteçler yayg n olarak kullamlmaktad r. ekil 1.3 te en çok kullamlan LM741 i lemsel yiikseltecinin iç devre emas göriilmektedir.
ekil 1.3: LM741 i^lemsel yükseltecinin if devre $emas islemsel yiikselteçler 1940 h y llardan beri bilinmektedir. Ancak, bu devrelerin yap nda direnç, kondansatör, transistör gibi pek çok devre eleman gerekti inden ve iç devrelerinin oldukça karma k olmas ndan dolay 50k gerekmedikçe kullan lmamislard r. 1960 h y llann sonlanna do ru entegre teknolojisinin geli imiyle birlikte yayg nla maya ba lamist r. Bugiin art k i lemsel yiikselteç denildi inde tiimle ik devre halinde olanlar akla gelmektedir. Islemsel yiikselte? ingilizceden dilimize operational amplifier kelimelerinin kar ligi olarak ge^mi tir ve k saca op-amp olarak kullamlmaktad r. Biz bundan sonraki böliimlerde lemsel yiikselte? ifadesini kullanacagiz. Islemsel yiikseltefler yiiksek kazan?, kazanc geri besleme ile ayarlanabilen, iki ayn girisi olan yiikselteflerdir. Cok amafl kullamlan devreler oldu undan i lemsel (Operational) denilmi tir. Islemsel yiikselte? 115 ana böliimden olu maktad r. Bunlar, giri devresini olu turan diferansiyel (fark) devresi, gerilim yiikselteci ve f kis yiikselteç devreleridir. Genel olarak i lemsel yiikselteç, 50k yiiksek (teorik olarak sonsuz) kazançh bir DC yiikselteçtir. Bu entegrelere disandan ba lanan diren? ve kondansatör gibi bir kaç devre eleman ile kazanc kontrol edilebilmektedir. Islemsel yiikselteçler ile uygun tasanm metotlan ve devre elemanlan kullamldiginda hemen hemen yap lamayacak devre yok gibidir.
1.2.1. I lemsel Yükselte?lerin Kullan m Alanlan Islemsel yiikselteçlerin kullan m alanlan oldukça geni bir yelpazeye dagilmakta ve elektroni in her dahnda Qe itli tip ve özellikteki i lemsel yiikselteçler kullanilmaktad r. Ba hklar halinde kullan ldiklan alanlan inceleyecek olursak, > Analog Bilgisayar lemleri Toplama, cikarma, bölme, çarpma, tiirev alma, integral alma, logaritma alma, üs alma ve trigonometrik fonksiyonlard r. ekil 1.4. SD-3300 analog bilgisayar, yap nda 6 yiikselteç, 5 integral ahc, 1 toplayic, 15 potansiyometre kullamlmis, f kis birimi ise bir voltmetreden olu maktayd. http://dcoward.best.vwh.net/analog/ web sitesini ziyaret ederek analog bilgisayarlar hakk nda ayr nt h bilgi edinebilirsiniz. ekil 1.4: Systron Donner Concord, California SD-3300 e itim amach analog bilgisayar > Yükselteç lemleri Enstrumantasyon (ölfme) yiikselteci, ses frekans yiikselteci, motor kontrol yiikselteçleri ve basit yiikselte? devreleridir. > Dalga ekillendirici lemleri rp, sinüs - kare dalga dönustiiriicü, kare - iicgen dalga dönustiirücii ve kenetleyicilerdir. > Regülasyon lemleri Voltaj regülasyon i lemleri (RMS),-DC dönustiirücii, gerilim çoklay i lemleri ve konvertisör i lemleridir. > Veri Transfer lemleri Gerilim frekans dönustiirücii ve kablolu veri transfer devreleridir. > Sinyal Analiz lemleri Özel kar la rma i lemleri, pencere kar la tinc, tepe dedektörii ve gerilim dagit.
> Sinyal Üreteç i lemleri Wien köprii osilatörii, kare dalga ve iicgen dalga iireteci, testere di i ve darbe iireteci, merdiven dalga iireteci, gerilim kontrollii frekans üreteç i lemleri, modiilasyon i lemleri ve zamanlama devreleri. > Test ve Ölçme i lemleri Ak m, gerilim, direnç, frekans, faz, kapasite, giic, transistör test, opamp test, S ve di er fiziksel büyükliikler ölçme devreleri. > Filtre i lemleri Aktif filtre i lemleri, alt geçiren, list geçiren, band geçiren filtre, i lemleri. islemsel yiikselteçlerin kullamm alanlan burada listelenen konularla s rh olmay p, uygulamada pek çok alanda kullamlmaktad r. Islemsel yiikselteflerin kullamm alanlan sadece tasar mclar n hayal giicii ile s rhd r. ekil 1.5: islemsel yükseltecin fonksiyonel blok emas 1.2.2. I lemsel Yükseltecin Yap ve Çah?mas ekil 1.3 te de görüldiigii gibi i lemsel yiikselteçlerin iç yap lan oldukça karma kt r. Ancak bunlan kullanabilmek için ifyap lannin ayr nt lanni bilmeye gerek yoktur. Islemsel yiikselteci kullanmak i? in, dis devre ba lant lanm, temel baz özelliklerini ve nerede kullamlacagin bilmek yeterlidir. Temel olarak i lemsel yiikselteç tic ana böliimden olu ur. ekil 1.5 te görüldiigii gibi bunlar giri devresindeki fark yiikselteci, kazanc sa layan gerilim yiikselteci ve c kis yiikselteci devreleridir. Bu böliimler a agida k saca incelenmi tir.
1.2.2.1. Fark Yükselteci Islemsel yiikselteçlerin çalismasim anlayabilmek için öncelikle fark (diferansiyel) yiikselteçlerini k saca incelemek daha do ru olacakt r. Fark yiikselteçleri, i lemsel yiikselteçlerin giri devresinde bulunan en önemli parças r ve 50k çe itli uygulamalarda kullan lan özel bir devre türüdiir. ekil 1.6 da iki giri li temel bir fark yükselteci devresi göriilmektedir. Bu devrelere fark yukselteci denmesinin nedeni, giri lerine uygulanan iki sinyalin fark yla orantih bir? ikis sinyali iiretmeleridir. ekil 1.7 de ise temel fark yiikseltecinin af k devre emas göriilmektedir. A? k devre emasinda gördüguniiz gibi giri ler iki ayn transistöriin beyzine uygulan r. Ç kislar ise ekil 1.6: Fark yükselteci sembolü transistörlerin kollektör uflanndan ahnm r. Devrenin çalisabilmesi ifin negatif ve pozitif gerilim verebilen yani simetrik giiç kaynagi kullan lmist r. Ancak yiikselte? tek bir giic kaynagiyla da fahsabilir. Devreye uygulanan iki ayn giri gerilimine bagh olarak, iki giri in farklanyla orantih ve birbirinden 180 faz farkh? kis gerilimi almabilir. Bu tip montaj ekli hem DC hem de AC yiikselteç olarak birkaç MHZ e kadar olan giri sinyallerinin farkim kuvvetlendirebilir. ekil 1.7 deki devreyi tam olarak dengelenmi yani biitiin devre elemanlannin ideal ve e deger olduklanni diisiinmemiz gerekir.
+Vcc O V? o r T1 T2 "1 Re T -Vee ^g2 I ekil 1.7: Temel fark yükselteci devresi Devredeki giri Vgl ve Vg2 gerilimleri birbirine e it ya da s r oldu unda, transistörlerden geçen ak mlar da birbirine e it olacagindan cikis gerilimi Vç=0 volt olur. E de er transistörlerin e it gerilimle siiriilmesi durumunda içlerinden geçen ak m miktan e it olacak dolay yla uçlannda diisen gerilimler de birbirine e it olacakt r. Her iki transistor tin de kollektörlerindeki gerilimler birbirine e it oldu undan iki u? aras nda bir potansiyel fark bulunmayacakt r. Dolay yla bir voltmetre ile kollektorden kollektöre gerilimi ölftügumiizde 0 V göriirüriiz. Bu duruma devrenin denge hali denir. Devrenin giri gerilimlerini degi tirirsek, örne in Vg2 sabit tutulup Vgl degi tirilirse fikis gerilimi V? de Vgl ile aym yonde de ir. Bu nedenle Vgl kaynagimn bagh oldu u uca "non-inverting" ya da evirmeyen uç ad verilir. E er Vgl sabit tutulup Vg2 degi tirilirse cikis gerilimi V? Vg2 ye ters yönde degi ir. Bu nedenle de Vg2 nin bagh oldugu uca "inverting" ya da eviren uç ad verilir. Çikis sinyali giri lerden hangisinin genli i biiyiikse onun i aretini al r. 1.2.2.2. Gerilim Yükselteci Gerilim yükselteci istenilen yiiksek kazanc sa layabilmek i? in art arda ba lanm birka? yiikselte? devresinden olu ur. Gerilim yükselteci kat giri ve ç kis direnci oldukça yiiksek ve yiiksek kazanch bir devredir. Aynca bu kat n ç kis ile fikis yükselteci katlan aras nda tampon yiikselteçleri ve seviye kaydinc devrelerde bulunur. 1.2.2.3. Ç kis Kat Islemsel yiikselteflerin ç kis katlannda diisiik? ikis direncini elde etmek amac yla simetrik kolektörii ase yiikselte? devreleri kullamhr. Bu diisiik ç kis direnci sayesinde yeterli yiik ak mlan elde edilebilir.
1.2.3. deal islemsel Yiikseltecin Özellikleri > deal bir i lemsel yiikselteçten beklenen özellikler u ekilde s ralanabilir: > Aç k çevrim (geri beslemesiz) kazanc sonsuzdur. (K=oo) > Bant geni li i sonsuzdur. (BG=oo) > Güriiltüsii yoktur. > Hem iki giri aras hem de her giri le toprak aras direnç sonsuzdur. (Rg=oo) > kis direnci s rd r. (Rç=0) > kis direnci s r oldu u için sonsuz ak m siirebilir. > Gerilim kald rma kapasitesi sonsuzdur. Yani her gerilimde çahs r. > Yukandakilerin hepsi her s cakhkta do rudur. Yukanda ideal bir i lemsel yiikseltece ait özellikler s ralanmist r. Ancak ço u zaman ideal bir sistemin uygulamada aym özellikleri göstermeyebilece i bir ger? ektir. Islemsel yiikseltefler için de bu kural ge^erlidir ve ideal i lemsel yiikselteç ile pratik i lemsel yiikseltec aras nda farkhhklar vard r. Bu durum iyi midir, kötii müdiir? gibi bir soru akhm za tak labilir. Ancak i lemsel yükseltecin ideal özellikleri ile yapamayacagim z baz eyleri, ideal olmayan özelliklerinden yararlanarak gerçekle tirmemiz mümkündiir. 1.2.4. Pratik i? lemsel Yükseltecin Özellikleri Elektonik devre elemanlan kullamlacaklan sistemler dikkate almarak belli toleranslar dahilinde iiretilir. deal de erler ile iiretim teknolojisi, hammadde ve di er etkenlerden dolay iiriin belli bir miktar hata pay ile ortaya fikabilir. Dolay yla i lemsel yiikselteflerin idealde istenen özellikleriyle, ortaya fikan iiriinün özellikleri aras nda farkhhklar vard r. Bu özellikler iireticilerin iiriin bilgi sayfalannda (data sheet) aynntih olarak verilir. Üriin bilgi sayfalannda verilen baz önemli özellikler a agida bashklar halinde incelenmektedir.
1.2.4.1. Giri Dengesizlik Gerilimi ekil 1.8: Giri dengesizlik gerilimi ayan Fark yiikselteci konusunda da incelendi i gibi, ideal durumda (Vg2-Vgl=0 V) olmas gerekir. Yani giri gerilimlerinin birbirine e it oldu u durumda cikis geriliminin ( Vç=0 V ) olmas istenir. Ancak i lemsel yiikseltecin giri inde bulunan fark yiikselteci devresindeki transistör çiftleri tam olarak e de er özelliklerde iiretilemeyebilir. Bu durumda fark devresindeki transistörlerin beyz emiter gerilimleri az da olsa de iklik gösterir. Bu degi iklik, i lemsel yiikseltecin içindeki yiikselteçler taraf ndan kuvvetlendirilerek ç kisa ulas r. Sonuçta (Vgl=Vg2=0) yap ldiginda ç kis gerilimi (Vç ± 0) olur ki bu istenmeyen bir durumdur. Ç kistaki bu gerilime "fikis dengesizlik (ofset) gerilimi ad verilir. Islemsel yiikselteçlerde giri dengesizlik gerilimi özelli i daha 50k kullamhr ve bu gerilim, ç kis (V5=0) olmasim sa layacak olan (Vg2-Vgl) fark giris gerilimi olarak tammlamr. Giri dengesizlik gerilimi National Semiconductor firmas taraf ndan iiretilen ve popiiler bir lemsel yiikselte? olan LM741 için yakla k 1 mv dur. Uygulamada dengesizlik gerilimi, ekil 1.8 de görüldiigii gibi kolayhkla ayarlanabilir. LM741 entegresi için, 10 K hk bir potansiyometre, orta ucu -Vcc ye (4 nu lu ayak) ve 1 ile 5 numarah ayaklar aras na ba lamr. Giri uflan do rudan ya da 50 Q diren? ler iizerinden topra a ba lamr ve cikis gerilimi voltmetreden Vç = 0 V oluncaya kadar ayarlamr. E er uygulamada geri besleme kullaml yorsa dengesizlik gerilimi ayan geri beslemeli durumda yap lmahd r. cakhktaki de meler, giri kat ndaki transistörlerin beyz emiter gerilimlerini birbirinden farkh olarak de tirir. Bu sebeple i lemsel yiikseltecin dengesizlik gerilimi ayan bozulabilir. LM741 için dengesizlik gerilimi kaymas en fazla 15 uv/oc olarak verilmektedir.
1.2.4.2. Giri Dengesizlik Ak Vç=0 iken i lemsel yiikseltecin giri lerindeki ak mlann fark olarak tammlan r. LM741 için bu ak n tipik de eri 20 na ve s cakhkla bu ak mdaki kayma miktan en fazla 0,5 na/ oc dir. 1.2.4.3. Giri Kutuplama Ak deal i lemsel yiikseltecin giri inden akan ak m O d r, ancak giri transistörlerinin normal çahsma bölgelerine getirebilmek için beyz ak mlannin belli de erlere getirilmesi gerekir. Giri kutuplama ak, giri katlanm uygun bir ekilde çalist rabilmek için gerekli DC ak m de erlerinin ortalamas olarak tammlan r. LM741 için giri kutuplama ak yakla k 80 na dir. 1.2.4.4. Giri Direnci islemsel yiikseltecin fark giri leri aras nda göriilen ya da giri lerden herhangi biri ile toprak aras nda göriilen direnç olarak tammlan r. Bu de er genellikle iiriin bilgi sayfalannda sadece giri direnci olarak verilir. deal i lemsel yiikselteçte bu direnç sonsuz olarak ifade edilmekle birlikte pratikte giri direnci LM741 i? in Rg = 2 MQ kadard r. FET giri li LM13741 i lemsel yiikselteci ifin giri direnci Rg = 5x1011 kadard r. Çok yiiksek olan bu giri direnci nedeniyle i lemsel yiikseltecin giri ine ihmal edilebilecek diizeyde kiifiik ak mlar akmaktad r. Bu da i lemsel yiikseltecin kendinden önce gelen devrelerden çok az ak m çekece i, yani yiiklemeyece i anlam na gelir. 1.2.4.5. Ç kis Direnci Islemsel yükseltecin?ikis terminali ile toprak aras nda göriilen direnç olarak tammlan r. Tipik olarak 100 Q olan cikis direnci, cikis sinyalini yiike uygulamak i? in kullamlan?ikis kat na bagh olarak gösterilir. ideal lemsel yiikselteçte r olarak tammlanan bu parametre pratikte ekil 1.9: islemsel yükseltecin giri ve ciki direnci 50k diisiik bir de erde olup, LM741 için yakla k Re = 75 Q'dur.
> Giri ve Ç kis Direnci Nas l Ölfülür? Giri direncinin ölciilmesi i lemi ohmmetre ile yap lan bir ölçme i lemi de ildir. Giri direnci, giri gerilimi de iminin giri lerden birinin topra a göre ölciilen ak ndaki de ime oran ile bulunur. Ayn ekilde ç kis direnci de, cikis gerilimindeki de imin, ç kis ak na oran ile bulunur. 1.2.4.6. Ç kis K sa Devre Ak Çalismalanm z s ras nda, özellikle tasanm a amas nda veya deneysel çahsmalarda yapmis oldu umuz i le ilgili olarak k sa devreler ile kar la mam z her zaman olas r. Bunun yan nda kullan lmakta olan bir cihazda da k sa devreler olu abilir. Elektronik devre elemanlannin iiretiminde bu gibi s ra dis fahsma ko ullan öngöriilerek baz koruyucu önlemler ahmr. LM741 in? kis da toprakla veya kaynakla k sa devre oldu unda, zarar görmeycek ekilde korunmustur. kis k sa devre ak özelli i, i lemsel yiikseltecin? kis ucu kaynak ya da toprakla sa devre oldu unda ya da a m yiiklendi inde verebilece i maksimum ak ifade eder. Bu ayn zamanda devreden almabilecek en fazla cikis ak da gösteren bir parametredir. LM741 i? in k sa devre durumundaki? kis ak n tipik de eri yakla k 25 ma en fazla 40 ma dir. 1.2.4.7. A? ik Çevrim Gerilim Kazanc deal bir i lemsel yiikselteç ifin sonsuz olarak tammlanmis olan bu parametre pratikte 50k yiiksek olmakla birlikte sonsuz degildir. LM741 i? in acik? evrim kazanc 200.000 (200 V/mV) olarak verilmektedir. Buna gore birkaç milivoltluk bir giri gerilimi uygulanan lemsel yiikselteç birkaç volt diizeyinde cikis gerilimi iiretir. Bu derecede yiiksek kazach bir devrenin daha biiyiik giri gerilimleriyle kullamlabilmesi için geri besleme devresi ile kazanc mn s rlandinlmas gerekir. A? k? evrim kazanc iiriin bilgi sayfalannda Avd bashgi alt nda V/mV cinsinden verilir.
1.2.4.8. Bant Geni li i ekil 1.10: i^lemsel yükseltecin frekans bant geni li i Bant geni ligi, i lemsel yükseltecin kazanc n l e diistiigii noktadaki list frekans de erini belirtir. Ideal i lemsel yiikselteçlerin özellikleri tan mlan rken bant geni li inin sonsuz oldugu belirtilmi ti. Sonsuz bant geni li ine sahip bir devre elemanmin her frekansta ayn kazanci vermesi gerekti i diisiiniilebilir. Ancak pratikte i lemsel yiikselteçler frekansa bagimh devre elemanland r. Islemsel yiikselteçlerin iç yap nda, yiiksek frekanslarda osilasyon yapmamalan için, devrenin uygun yerlerinde kondansatörler kullamhr. Bu kondansatörler nedeniyle kazanç frekansa ba olarak azal r. Islemsel yiikselteç devresine uygulanan sinyalin frekans yiikseldikçe aç k? evrim kazanc diismektedir. ekil 1.10 da kazanc n frekansa göre de imi grafiksel olarak gösterilmi tir. Dikkat edilecek olursa (kazanç * bant geni li i = sabit ) olmaktad r. Bu sabite 1 Mhz dir. Grafikte görüldiigii gibi 5-6 Hz frekansa kadar afik? evrim kazanc yakla k 200.000 iken, frekans yiikseldikçe kazanc n do rusal olarak azaldigi ve 1 Mhz civannda kazanc n yakla k 1 oldu u göriilmektedir. Sonuç olarak i lemsel yiikselteç diisiik frekans uygulamalannda yiiksek kazanç sa lamakta yiiksek frekanslarda ise kazanç diismektedir. 1.2.4.9. Ortak areti Bast rma Or am (CMRR) Islemsel yiikselteçlerin giri devresinde kullamlan fark yiikselteflerinin en önemli özelliklerinden biri de istenmeyen sinyalleri bast rma yetene idir. Bu istenmeyen sinyallere giiriiltii" denir. Giiriiltii; topraklama sorunlanndan, manyetik alanlardan veya giic kaynagimn meydana getirdi i gerilim dalgalanmalanndan dolay ortaya fikabilir. Fark yiikselteçlerinin bir ba ka önemli özelli i de, giiriiltii sinyallerinin her iki giri te de ayn polaritede göriilmesidir. Ayn polaritede olan ya da her iki giri te de ortak olarak göriilen bu sinyaller giiriiltii olarak alg lamr ve giri fark yiikselteci taraf ndan önemli ölciide bastinhr. ekil 1.11 de bu olay canlandinlmaktad r.
ekil 1.11: CMRR istenmeyen sinyalleri bastinr islemsel yiikselteç ile yiikseltilecek olan sinyal ya sadece bir giri te, ya da her iki giri te birden fakat ters polaritede göriiliir. Ortak i areti bast rma oran CMRR i lemsel yiikseltecin farkl polaritedeki giri sinyallerini yiikseltirken ayn polaritedeki giri sinyallerini bast rma oran olarak say sal bir de erle ifade edilir. Bu durumda, CMRR oran ne kadar yiiksekse, devrenin gürültü sinyallerini o kadar iyi bast rabilece ini söyleyebiliriz. Dolay yla i lemsel yiikselteçlerin dikkate almmas gereken önemli özelliklerinden birisi de devrenin CMRR oramd r. Bu oran iiriin bilgi sayfalannda genellikle db (desibel) cinsinden verilir. Örnegin: CMRR oran 80 db olan bir i lemsel yiikselteç yiikseltilmek istenen sinyalleri, gurültü olarak kabul edilen sinyallerden 10.000 kat daha fazla kuvvetlendirir. Üriin bilgi sayfalannda LM741 için CMRR oran 90 db olarak verilmektedir. 1.2.4.10. Ç kis De im H ekil 1.12: Ciki? de im h deal olarak cikis geriliminin 0 V tan maksimum de erine ula mas ifin ge^en siirenin 0 olmas istenir, ancak bu de im zamana bagh olarak belli bir siirede ger? ekle ir. Ç de im h (Slew Rate), i lemsel yiikseltecin giri ine biiyiik genlikli bir darbe gerilimi uygulandiginda, fikis geriliminin ne kadar h zl de tigini gösteren bir özelliktir. Grafikte fikis geriliminin en list de erine TSR kadar siirede ula tigi göriilmektedir. Ç kis de im h ise ç kis gerilimin de im siiresine oran olarak V/Sn cinsinden ifade edilir. Tipik de im zlan 0.5-50 V/us aras nda de mektedir. Bu de erin biiyiik olmas i lemsel yiikseltecin daha h zl çahstigin n bir göstergesidir. LM741 için Slew-Rate S = 0.5 V/us olarak verilmektedir.
1.2.4.11. Kanal Aynm LM747 gibi baz entegrelerin içinde birbirinden bagims z birden fazla i lemsel yiikselteç bir arada bulunmaktad r. Bu tür entegrelerde i lemsel yiikselteçlerden birinin giri ine uygulanan i aret, digerinin cikis nda 50k diisiik de olsa istenmeyen bir i aret olu turur. Bu i aret ne kadar diisiikse, kanal aynm o kadar iyidir. Genellikle db cinsinden oran ifadesi kullanihr. ekil 1.13: En fazla izin verilen ciki$ gerilimi 1.2.4.12. En Fazla zin Verilen Ç kis Gerilimi De imi deal bir i lemsel yiikselteç de Vç ç kis gerilimi de eri, +V ve -V kaynak gerilimi degerlerine kadar cikabilmelidir. Oysa pratikte ç kis gerilimi hiçbir zaman kaynak gerilimi degerlerine ula amaz. ekil 1.13 te görüldügii gibi en fazla izin verilen ç kis gerilimi degi im +Vk ve -Vk degerleri aras nda kalmaktad r. Vç gerilimi alttan -Vk ve iistten +Vk degerleri kadar k rp lmaktad r. Ç kis gerilimi de imi LM741 için 13 V dur. Bunun anlam LM741 entegresine ±15 V besleme gerilimi uygulandiginda, cikis geriliminin en fazla ±13 V seviyesine kadar cikabilece idir. 1.2.5. islemsel Yükseltecin Sembolü ve Ayak Ba lant lan ekil 1.14 te görüldiigii gibi i lemsel yiikselteç iki giri li tek ç kish bir yiikselteç sembolu ile gösterilir. "-" i aretinin bulundugu uç i lemsel yükseltecin eviren giri ini + aretli olan uç ise evirmeyen giri ini isaret etmektedir. Baz i lemsel yiikselteç sembollerinde besleme giri uçlanda gösterilirken, ço u zaman bu uçlar sembol iizerinde verilmez.
ekil 1.14: i^lemsel yiikseltecin sembolü Islemsel yiikselteçler kullan ld klan devrelere, çalistmld klar frekansa, kullan m amac na, montaj ekline bagh olarak çok çe itli karekteristik özelliklerde ve farkh k hf tiplerinde iiretilir. Biz burada 50k yayg n olarak kullan lan ve iiretici firmaya göre ad LM741 ya da UM741 gibi adlarla an lan 741 kodlu i lemsel yiikeseltece ait k hf ekilleri ve ba lant emasim inceleyece iz. Bunun yan nda yine yayg n olarak kullan lan ve içinde 2 adet LM741 i lemsel yiikselteci bulunan LM747 entegresi de verilmi tir. m a m ET ekil 1.15: LM 741 if yap ve ayak ba lant lan ekil 1.15 te görüldiigii gibi LM741 i lemsel yiikselteci 8 uflu, genelikle plastik bir kihf icinde bulunmaktad r. 2 nu lu u? eviren giri, 3 nu lu u? evirmeyen giri, 6 nu lu u? ise ç kis ucudur. 7 nu lu uç +V ve 4 nu lu uç -V besleme gerilimi için kullan lmist r. 1 ve 5 numarah uflar giri dengesizlik gerilimi ayan için kullamlmaktad r. 1 ve 5 nu lu uçlar gerekmedikce kullan lmaz ve bo b rak r. 8 nu lu uç ise kullan lmamaktad r.
ekil 1.16: LM747 nin iç yap ve ayak ba lant lan
ekil 1.16 da içinde iki adet LM741 i lemsel yiikselteci bulun LM747 entegresi göriilmektedir. Her bir i lemsel yiikselteç için ayn ayn uçlar kullamlmis olup yaln zca "-" besleme gerilimi ortak kullamlmist r. Yine her bir i lemsel yiikseltecin giri dengesizlik gerilimi ayan için ayn ayn uçlar bulunmaktad r. 1.2.6. islemsel Yiikselteçlerin Beslenmesi ekil 1.17: islemsel yükseltecin simetrik kaynaktan beslenmesi islemsel yiikselteç semboliinde +V ve -V uçlan, besleme kaynagin n ba landig uflard r. Bir i lemsel yiikseltece ±5 V, ±12 V, ±15 V, ±18 V gibi besleme gerilimi uygulanabilir. Entegrenin hangi gerilimlerde falisabilece i iiriin bilgi sayfalannda aynnt h olarak yer almaktad r. Devrenize çahsma gerilimini vermeden önce kullandigin z entegre ile ilgili iiriin bilgi sayfalanndan? alisma gerilimini ogrenmenizde yarar vard r. Islemsel yiikselteçli devrelerin çahsma gerilimleri genellikle simetrik kaynaktan saglamr. ekil.l.l7'de bir i lemsel yükseltecin simetrik kaynaktan beslendi i devre baglant goriilmektedir. Islemsel yiikselteç olarak 741 entegresi kullamlacaksa, entegrenin 7 nu lu ucuna pozitif besleme, 4 nu lu ucuna ise negatif besleme gerilimi uygulamr. Besleme gerilimi bir pilden elde ediliyorsa pillerin birle im noktas toprak olarak kullamhr. ekil 1.18: islemsel yükseltecin tek kaynaktan beslenmesi Islemsel yükseltecin AC sinyal yiikselteci olarak kullamldigi durumlarda tek giiç kaynagi kullanmak yeterlidir. ekil 1.18 de ise i lemsel yükseltecin tek kaynaktan beslendi i devre semas verilmi tir.
1.2.7. I lemsel Yükselte?lerin Kihf ekilleri ekil 1.19 da LM741 entegresi için National Semiconductor firmas internet sitesinden al nan k f ekilleri gösterilmi tir. Görüldiigii gibi i lemsel yiikselteç entegreleri ihtiyaca göre 50k çe itli boyut ve k hf ekillerinde iiretilebilmektedirler. Örne in genel amach ya da egitim amach kullan lacak devre elemanlan için plastik k fl entegreleri tercih edebilece imiz gibi, otomatik makineler taraf ndan montaj yap lacak ya da cep telefonu gibi son derece s kis k alanlarda çahsmak gerekti inde yiizey montajh kiiciik entegreler tercih edilir. a-741 Metal K f b-plastik k hf c-seramik k hf d-seramik yüzey montaj e-seramik yüzey montaj e-kiigiik entegre boyutlan 1.2.8. Ürün Bilgi Sayfalan ekil 1.19: i^lemsel yükseltef kihf ^ekilleri ve boyutlan Üretici firmalar iiriinlerinin en etkin ve do ru bir ekilde kullamm sa lamak amac yla, tasar mc lann yararlanacagi aynnt iiriin bilgi sayfalan haz rlar. Bu sayfalarda iiriin hakk nda genel aç klamalar, kihf ekilleri ve u? ba lant lan, tipik uygulamalar ve örnekleri, varsa özel uygulama devreleri,? ahstinlma ko ullan, elektriksel karekteristikleri, iiriin kar la rma tablolan, karekteristik e rileri, i? devre emas, her bir k hf ekli için aynntih fiziksel 6l?uleri ve üretici ile irtibat kurmak i? in gerekli adres, telefon, web adresi gibi bilgiler bulunur. Iiriin bilgi sayfalan belirli arahklarla üretici firmalar taraf ndan giincelle tirilerek kataloglar halinde dagit ldigi gibi, internet iizerinden de yay mlanmaktad r. Örnegin, www.datasheetcatalog.com gibi baz internet siteleri sadece iiriin bilgi sayfalan dagitim hizmeti vermektedir.
A agida LM741 için iiriin bilgi sayfalanndan baz böliimlere yer verilmi tir. National Semiconductor taraf ndan iiretilen LM741 entegre sinin iiriin bilgi sayfas na ula mak için www.national.com/pf/lm/lm741.html adresini kullanabilirsiniz. ekil 1.20: LM741 iiriin bilgi sayfas, genel aciklamalar ekil 1.20 de LM741 iiriin bilgi sayfalannda giri böliimiinde, iiriinle ilgili genel aciklamalara yer verilmi. Bunu yamnda entegrenin iç devre emas ve ofset ayannin nas l yap lacagmi gösteren örnek bir devre mevcuttur. ekil 1.21: LM741 iiriin bilgi sayfas, s r de erler Bu böliim entegreye uygulanabilecek s r de erleri göstermektedir. Örne in besleme gerilimi, k sa devre ak,?ah ma s cakhgi, k hf tipine göre lehimleme s cakl klan gibi de erler kar la t rmal olarak verilmektedir. Aynca askeri veya uzay uygulamalan i? in firma ile irtibata gefilmesi gerekti i belirtilmektedir.
ekil 1.22: LM741 iiriin bilgi sayfas, elektriksel karekteristikler ekil 1.22 de LM741 için elektriksel karekteristikleri farkl modeller için kar la rmah olarak verilmektedir. Parameter siitununda, ele ahnan özellik yer almaktad r. Conditions siitunu verilen de erlerin hangi ko ullarda elde edilebilece i, di er tic siitunda LM741 in farkh modelleri için en az tipik ve en fazla kar la rmah olarak verilmi tir. Son olarak units siitununda ise verilen de erlere ait birimler gösterilmi tir. ekil 1.23: LM741 iiriin bilgi sayfas, k f ekilleri ve fiziksel ölculer ekil 1.23 te ise LM 741 e ait fe itli k f ekilleri ve aynnt fiziksel ölciileri yer almaktad r.
2. I LEMSEL YÜKSELTEÇ UYGULAMALARI OPAMP uygulamalanni iki alt ba kta toplayabiliriz. l.af k döngii 2. Kapal döngii. Kapah döngiiniin içerisinde geri besleme ve? ei itlerini verelim: 2.1. Geri Besleme Geri besleme (feedback) elektronik alamnda s k kar la lan bir kavramd r. Genel olarak elektriksel geri besleme bir devrenin cikis ndan al nan sinyalin i lendikten aym devrenin giri ine uygulanmas r. Pek? ok ortamda kar la tigim z klimalann ortam s cakhgin ayarlama ekli geri besleme prensibini aç klamak i? in giizel bir örnektir. Ortam s cakhgi istenen s cakhktan yiiksek ise sogutucu devreye girerek ortam s cakhgin diisiirür. Ortam s cakhgi istenen cakhktan diisiikse ls devreye girerek ortam s cakhgin yiikseltir. Is tma i lemini ortama yap lan pozitif geri besleme, sogutma i lemini de negatif geri besleme olarak dusiinebiliriz. cakhk dustiigiinde ortam s cakhgin artinc yönde ortama verilir. S cakhk yiikseldi inde ise ortam s cakhgin azalt yönde bir verilir. 2.1.1. Pozitif Geri Besleme Pozitif geri besleme daha 50k osilatör devrelerinde kar la lan bir geri besleme tiirii olup cikis sinyalinin giri e aym fazda uygulanmas yla ger? ekle tirilir. Pozitif geri beslemede cikistan ahnan sinyal giri ile aym fazda, giri sinyalini arttinc yönde ve katk da bulunmak
amac yla tekrar giri e uygulamr. Pozitif geri besleme de kazanc n 1 veya daha fazla olmas yiikseltecin salimma ba lamas na ve bir osilatör olarak çahsmas na neden olur. Osilatör çahsmas na örnek olarak, seslendirme diizeneklerinden ç kan lshk sesini verebiliriz. Mikrofon ve hoparlöriin kar kar rya gelmesi durumunda, mikrofona ula an çok kiiciik ses sinyalleri yiikselteçte yiikseltilerek hoparlörden ç kmakta, bu yiikseltilmi ses sinyali tekrar mikrofona ula rp yiikselteçte yeniden yiikseltilmektedir. Pozitif geri besleme ve kazanc n l den biiyiik olmas nedeniyle giderek yiikselen bir lshk sesi duyulmaktad r. Bu yiikselteç devresi mikrofon ve hoparlöriin kar kar rya gelmesiyle meydana gelen pozitif geri besleme nedeniyle osilatör olarak çalismaktad r. 2.1.2. Negatif Geri Besleme Negatif geri besleme, cikistan al nan sinyalin giri e, giri sinyalini zay flat yönde uygulanmas yla ger? ekle tirilir. Bu zay flatmay ger? ekle tirebilmek i? in geri besleme sinyali ile giri sinyali aras nda 180 o faz fark olmahdir. Bu geri besleme tiirii yiikseltecin toplam gerilim kazanc m azalt r. Bunun yamnda a agida listelenen baz önemli faydalar sa lar. Yiikselte? devrelerinde negatif geri besleme: > Daha kararh bir gerilim kazanc, > Daha iyi bir frekans tepkisi, > Daha fazla do rusal çahsma, > Daha yiiksek giri direnci, > Daha diisiik cikis direnci, > Daha az güriiltii, elde etmek amac yla kullamhr. Elbette yukanda say lan özellikleri elde etmek için kazanc n bir k sm ndan fedakarhk gerekmektedir. Ancak bu olumsuz bir ey de il aksine, geri besleme sayesinde devrenin daha kararh çahsmas sa lanmis olur.
2.1.3. Negatif Geri Besleme Prensipleri, Avantaj ve Dezavantajlan ekil 2.1: Geri besleme prensibi ekil 2.1 de genel bir geri besleme sisteminin prensip devresi göriilmektedir. Devrenin giri inde kanstinc ya da toplay da diyebilecegimiz bir baglant vard r. Devrenin giri ine Vk (kaynak) sinyali uygulanmist r. Devrenin çikis ndaki Vc sinyalinin (ku?uk) bir k sm al narak Vgb olarak geri verilir. Devredeki Gb kutusu geri besleme devresini temsil etmektedir. Geri besleme devresinde bir kazanç olmay p bir zay flatma söz konusudur. Burada negatif geri besleme için en önemli nokta geri besleme devresinden gelen Vgb sinyali ile devrenin giri ine ba lanan Vk sinyalinin fazlan birbirine ters olmahd r. Yani birbirlerini zay flatmalan gerekir. Bu durumu saglamak için ya devredeki yiikselteç "eviren" cinsten olmah ya da geri besleme devresi cikis sinyalinin i aretini ters çevirmelidir. Genellikle yiikseltecin eviren cinsten olmas tercih edilir. Yiikseltecin giri ine uygulanan sinyal Vg, Vk ve Vgb sinyallerinin fark r. Bu da devrenin toplam kazancimn azalmas na yol a?ar. Bu azalma bir kay ptan ziyade bir iyile me olarak dusiinülmelidir. Geri beslemeyi ger? ekle tirmek iizere hem gerilim hem de ak m giri e seri ya da paralel olarak uygulanabilir. Negatif geri besleme ba lant tiirlerine göre dörde aynhr. Bunlar; > Seri gerilim geri beslemesi, > Paralel gerilim geri beslemesi, > Seri ak m geri beslemesi, > Paralel ak m geri beslemesidir.
ekil 2.2: Sen gerilim geri besleme ekil 2.3: Paralel gerilim geri besleme ekil 2.4: Serf ak m geri besleme
ekil 2.5: Paralel ak m geri besleme Bu ba lant tiirlerinin de ik anlam ve özellikleri vard r. Seri sözciigii, geri besleme sinyalinin giri sinyali ile seri ba landigin ; paralel sözciigii, geri besleme sinyalinin giri sinyali ile paralel baglandigin ; gerilim sözciigii, geri besleme devresinin giri ine ç geriliminin ba landigin ; akim sözciigii ise, geri besleme devresinin giri ine, ç kis ak mimn bir k smimn girdi ini gösterir. Paralel geri beslemeli devrelerde giri empedans diisiik; ak m geri beslemeli devrelerde ç kis empedans yiiksek; seri geri beslemeli devrelerde giri direnci yiiksek ve gerilim geri beslemeli devrelerde cikis empedans diisiik özellikler gösterir. Yiikselteçlerde genellikle giri empedans mn yiiksek,? kis empedans mn diisiik olmas istenir. Bu özellik seri ve gerilim geri beslemesi kullamlarak sa lamr.
2.2. i^lemsel Yükseltecin Eviren Yiikselteç Olarak Kullan lmas Bu yiikselteç tiiriine eviren denmesinin nedeni, giri ine uygulanan herhangi bir sinyali 180 faz çevirerek cikis na yiikseltilmi olarak aktarmas r. Sonraki konularda aciklanacagi gibi bu devre ayn zamanda bir çarpma veya bölme devresi olarak da kullan labilir. ekil 2.6 daki devrede giri sinyali i lemsel yükseltecin (-) ucu olan eviren giri ine uygulandigi için devreye eviren yiikseltec" ad verilmi tir. Bu devrede Rl direnci giri, Rf direnci ise geri besleme direncidir. Islemsel yiikseltece harici dirençler ba landigi için, bu yiikselteç acik çevrim kazanc ndan bagims z bir kapal çevrim kazanc na sahiptir. Kapal çevrim kazanc harici olarak ba lanan dirençlerin de erine baghd r. ekil 2.6 da bir eviren yiikselteç devresi göriilmektedir. Özellikle Rf direncine dikkat ediniz, bunun önceki konularda da iizerinde durdu umuz geri besleme direnci oldu unu hemen hat rlayacaks mz. Bu diren? eviren (-) giri e uygulanan ve f kista 180 faz çevrilmi sinyali tekrar giri e uygulayan geri besleme direncidir. Yükseltecin eviren tip olmas nedeniylede yap lan geri besleme negatif geri beslemedir. ekil 2.6: Eviren yiikselteç Islemsel yükseltecin en önemli özelliklerinden biri de (+) ve (-) giri uçlan aras ndaki potansiyel fark n 0 V olmas r. Di er bir ifadeyle eviren giri ile evirmeyen giri uçlarmdaki (uçlann i lemsel yiikseltece ba ladigi nokta) gerilim V1=V2 birbirine e ittir. Ciinkii i lemsel yiikselteçlerin giri empedanslan? ok yiiksek oldu undan (+) ve (-) giri uclarmdan akan ak m pratikte nanoamper seviyesindedir ve 0 kabul edilebilir. deal bir lemsel yiikselteçte (+) ve (-) giri uçlarmdan ak m akmadigi kabul edilirse (+) ve (-) giri uçlarmdaki voltaj fark da s r olacakt r. Bundan dolay islemsel yiikselteçlerde devreye uygulanan ak n, elemana girmedi i kabul edilir. ekil 2.6 da ak m yönleri bu kurala göre çizilmi tir. Islemsel yükseltecin evirmeyen (+) giri inin topra a bagl oldu una dikkat edin. islemsel yükseltecin özelli inden dolay V1=V2 oldu undan, VI noktas ndaki potansiyel 0 Volt 'tur (VI = 0).
Kirchoff *un ak mlar kanununa göre bir dügiirn noktas na gelen ak mlann toplam, giden ak ma e it oldu u için Ig = If dir. Dolay yla Rl'den akan ak m Rf den de akacakt r. R1 direncinden geçen ak m Vg - Vi Ig R1 (V 1 = 0 Volt oldu undan) Ig = Vg R1 olur. If V1- Vç Rf (V1 = 0 Volt oldu undan) If Vç ^ olur. Ig ve If ak mlan birbirine e it oldu undan Ig = If Vg Vç V \/ V? R1 ^ olurjcler dislar çarp yaparsak R1 ^ Vç Rf -Vç.Rl = Vg.Rf e W e edi H r Vg Rl Bu formiilde cikis geriliminin, giri gerilimine oran yiikseltecin gerilim kazanc verece i için; K= Rf R1 kazanç denklemi elde edilir. ki gerilimi ise V?= Vg.K d r. Yani bu devrede giri gerilimi kazanç ile farp larak yükseltilmi ç ki a verilir. Rf > Rl sefilmesi durumunda devre bir çarpma ya da yiikselteç devresi olarak? ali r. E er Rf < Rl seçilirse devrenin bir bölme ya da zay flat devre olarak çali r. Rf K= formiilüne göre e er Rf = Rl olarak seçilirse yiikseltecin kazanc -1 *e it olur. Bu durumda yiikselte?, giri ine uygulanan sinyali yiikseltmeden sadece giri aretinin polaritesini 180 çevirerek fikisa aktanr.
Örnek: Rf = 10 K, Rl = 100 K seçilmi olsun. 10 K= --------- = - 0,1 100 olur. K= Rf R1 formiiliinden Vg = 10 V oldu unda Vç = -10*0.1 = -1 V olarak elde edilir. Yani giri gerilimi 10 a bölünmustiir. Son olarak elde edilen formiildeki (-) i areti giri ile ç kis aras nda 180 faz fark oldu unu gösterir. Rf ve Rl dirençleri ile yiikseltecin kazanc ayarlanabilir. Bu baglant eklinde kapah çevrim kazanc, acik çevrim kazanc ndan kuciiktiir. Fakat devrenin çahsmas, daha kararl r. > Örnek Tasar m Bir S alg lay simn ç kis ndan elde edilen 300 mv ile 500 mv aras ndaki sinyalin genli i, 3 V ile 5 V aras ndaki sinyallerle çahsan devrede i lenmek iizere yiikseltilecektir. Kazan? devresinin tasanm i lemsel yiikselte? kullanarak ger? ekle tiriniz. Tasarlayacagim z devrenin kazanc tespit etmek için, öncelikle devrenin? ikis ndan almak istedi imiz sinyal de erini, giri e uygulayacagim z sinyal de erine böleriz. Herhangi bir sistemde kazanc n ç kis/giri oldu unu hat rlay n. V? = 5 V = 5000 mv, Vg = 0,5 V = 500 mv V9 K= ------- 5000 K=---------- =10 V den 50 K= 10 olarak elde edilir. Kazanc 10 olan bir devre tasarlamam z gerekiyor. Bu durumda sefilecek diren? lerin 10/1 oramm sa lamas gerekir. E er Rf =10 K seçilirse, Rl in 1 K, Rf = 100 K seçilirse, Rl in 10 K seçilmesi gerekir. Rf için elimizde bulunan dirençlerden 33 K y seçti imizi dusiiniirsek; Rf 33 K K= --------- 10 =----------------- R1 den R1 olur.
Buradan Rl i çekersek 33 K Rl= ---------- = 3,3 K l olarak bulunur. 2.2.1. Eviren Yükseltecin incelenmesi > Ama? Bu uygulama faaliyetini ba an ile tamamladigimzda, Islemsel yiikselteç ile yap lan eviren yiikseltec devresini kurup çalist rabileceksiniz. Eviren yiikselteç devresini çarp ve böliicii olarak kullanabileceksiniz. Giri ve ç kis sinyallerini osilaskop kullanarak inceleyebileceksiniz. > Ara rma ve Haz rhk Faaliyetleri Eviren yiikselteç ile ilgili olarak yukanda verilen temel bilgileri inceleyin. Elektronik simiilasyon programlan ile devrenin çalismasim inceleyiniz. Eviren yiikselteç kullanarak tasarlayacagin z bir devrede cikis i aretinin giri ile ayn fazda olmas için ne yapmamz gerektigini ara tinniz. (Kazanc -1 olan ikinci bir eviren yiikselteç devresini ç kisa ba layarak? ikis ile giri ayn fazda yap labilir.) > Kullan lacak Ara? ve Gere^ler 1 adet LM741 i lemsel yiikselte? 2 adetlok diren? 1 er adet 1 K, 3,3 K direnç Çift ls nl osilaskop Sinyal jeneratörii Avo metre ± 15 V Simetrik giiq kaynagi Elektronik devre montaj seti Ba lant kablolan
2.2.2. Eviren Yükselt? Uygulamas > lemsel Yiikselteç lie Yap lan Eviren Yükseltecin Kurulup Çahst lmas lc gekil 2.7: Eviren yükselteç uygulama devre gemas Öneriler m Basamaklan > Eviren, evirmeyen giri lerin ve > ekil 2.7. deki devreyi montaj seti iizerine +V (7 nu lu uç), -V (4 nu lu uç) kur. Rl = 1 K, Rf = 10 K olarak seçiniz. gerilimlerinin ba lant lanm > Sinyal jeneratöriiniin canh ucunu Rl in do ru yaptigimzdan emin olunuz. ucuna ba layimz. > Cihazlann toprak ba lant lanm ve > Osilaskobun 1. kanal sinyal j eneratörii evirmeyen giri ucunun tek bir cikis na ba layimz. noktada birle tirilece ini > Osilaskobun 2. kanal 741 in 6 nu lu unutmayimz. cikis ucuna ba layimz. > Planh, diizenli, temiz ve titiz > Giic kaynagimn + ucunu 741 de 7 nu lu çahs z. uca, - ucunu 4 nu lu uca, toprak ucunu 3 nu lu uca ve di er cihazlann toprak ucuna ba layimz. > Devreye enerj i vermeden önce a agidaki > Osilaskobunuzdan sinyal cihazlann ayarlanm yapimz. alam yorsamz sab rh olun, > Sinyal jeneratöriinii 0,5 V 100 Hz Sinüs cihaz n afik, Y pos diigmesinin dalga formuna ayarlayimz. uygun konumda, gii? hariç tiim > Simetrik giic kaynagim, ± 10 V a ayarla. dii melerin bas lmamis, > Osilaskobun Time/Div kademesini 5 problarimz n sa lam ve cihaz n ms/div, 1. kanah giri sinyali ifin 200 kalibre edilmi oldu undan emin mv/div, 2. kanah cikis sinyali ifin 2 olunuz. V/Div olarak ayarlayimz. > Giic kaynagim a? devreye enerj i uygula, > Besleme geriliminin do ru devreyi çalist mz. ayarlandigindan ve k sa devre olmadigindan emin olunuz.
Devrenin çalismasim osilaskop ekran ndan takip ediniz. Osilaskop ekramndaki dalga eklini a agidaki bo osilaskop ekranma çiziniz. Devrede ls nan parça olup olmadigin kontrol ediniz. Osilaskobun 2. kanal n 2.V/Div, cikis sinyalinin dikey olarak yakla k 2,5 kare alan kaplamas gerekti ine dikkat ediniz. Farkl hk varsa bunun osilaskobun kalibrasyon ayan ile ilgisi olabilir. Tablo 2.1 de verilen direnç de erlerini devreye ba lay z. Giri ve ç kis i aretlerinin genliklerini osilaskop ile ölçerek tablo 2.1 e kaydediniz. Sonuflan yorumlay z. Osilaskop ile gerilim ölfme hakk nda elektriksel büyükliiklerin ölfiilmesi modiiliinde almis oldu unuz bilgileri hat rlayimz. Giri sinyalini iiste, cikis sinyalini alta?iziniz.
Rl Rf Kazanç V giri (Vg) V fikis (V?) Yorum Rf/R1 Volt Volt IK 10 K - 10 0,5V 100Hz 5 V 100 Hz IK 3,3 K 0,5V 100Hz 10 K IK 1V 100 Hz 10 K 10 K + 5V DC Avo 10 K 10 K - 5V DC Avo Tablo 2.1: Sonuf de erlerini kaydedin ve yorumlay n KONTROL LISTESI DE ERLEND RME ÖLÇÜTLER Evet Hay r Ara rma faaliyetleri yap lmist r. Devre elemanlan do ru olarak seçilmi tir. Gerekli cihazlar temin edilmi tir. Devre montaj emaya uygun ve diizenli yap lm r. Cihazlar uygun de erlere ayarlanmist r. Devre öngöriilen ekilde çahsmist r. Elde dilen dalga ekli do ru çizilmi tir. Ölçme i lemleri do ru olarak yap lm r. Sonuç tablosu eksiksiz doldurulmu tur. Tablo 2.2: Kontrol listesi > Ek Çah?ma 1 ile 3 V aras ndaki gerilimleri 3 ile çarpan devreyi tasarlay z. Giri gerilimini T ye bölen bir eviren yiikselteç tasarlay z. Eviren yiikseltecin farkh uygulama örneklerini ara tinmz.
2.3. i^lemsel Yükseltecin Kar la tinc A?ik Döngü Kullan ekil 2.8: i^lemsel yükseltef ile yap lan karsila tinc devresi Kar la tinc, bir referans gerilimi ile bir giri gerilimini kar la ran devredir. Ç gerilimi giri sinyalinin referans sinyalinin alt nda ya da iistiinde olmas durumuna bagh olarak yakla k pozitif ve negatif kaynak gerilimi aras nda de ir. Ç kis gerilimini istenilen bir de erde s rlamak için ç kisa bir seri direnç ve zener diyot ba lanarak regiilasyon yap labilir. Kar la tinc devrenin çahsmasim anlayabilmek için fark yiikselteci ile ilgili anlat lanlan göz öniinde bulundurmakta yarar vard r. Kar la tinc uygulamas nda i lemsel yiikselteç fo unlukla a?ik? evrim durumunda çal rihr. Hat rlanacagi gibi i lemsel yiikselte? geri beslemesiz olarak çalistinldiginda kazanc 200.000 gibi yiiksek de erlere ula maktad r. Devrede Vref referans sinyali eviren giri e, Vg giri sinyali evirmeyen giri e uygulanmist r. Vg > Vref olursa, cikistan yakla k +V de eri ahmr. Vg < Vref olursa, cikistan yakla k -V de eri ahmr. Devre bu haliyle, evirmeyen kar la tinc olarak çahsmaktad r. E er Vref referans i areti evirmeyen giri ucuna, Vg i areti de eviren giri ucuna uygulamrsa i lemsel yiikselte?, eviren kar la tinc olarak çalis r. Her ak am kendiliginden yanan sokak lambalann hat rlay n. Bu lambalar giri devresine bagh ls k alg layic elemamn alg ladigi ls k seviyesinin belli bir referans de erinin alt na diismesi durumunda kar la tinc devre? ikis nm konum de tirmesi prensibine göre fahsmaktad r. Bu tiir devreleri i lemsel yiikseltefler ile kolayca tasarlayabilir, herhangi bir fiziksel büyükliigun durumuna göre bir yiik devresini kontrol edebiliriz. 2.3.1. Kar la tinc Devrenin ncelenmesi > Amaç Bu uygulama faaliyetini ba an ile tamamladigimzda, Islemsel yiikselte? ile yap lan sinüs dalgayi kare dalgaya döniistiiren kar la tinc devresini kurup falist rabileceksiniz.
Bir referans sinyal ile de i ken bir gerilimi kar la t ran kontrol devresi kurup çali t rabileceksiniz. Kar la tinc devreyi kullanarak farkl alg lay larla yap lan kontrol devreleri tasarlayabileceksiniz. > Ara t rma ve Haz rhk Faaliyetleri Cevrenizdeki S duyarl, i k duyarl cihazlan inceleyin, çah ma prensiplerini ara tinn ve nasil çah t klan ile ilgili vardigin z sonuçlan arkada lannizla tarti z. > Kullan lacak Ara? ve Gereçler 1 adet LM741 i lemsel yiikselteç la d et l O K diren? 2 adet 1 K direnç 1 adet 10 K potansiyometre 1 adet LDR ladet NTC(lOK) 2 adet farkl renklerde LED Sinyal jeneratörii Avometre ± 15 V Simetrik giic kaynagi Elektronik devre montaj seti Ba lant kablolan
2.3.2. Kar la tinc Yiikselteç Uygulamas i lemsel Yiikselteç He Yap lan Kar la nc n Kurulup Çali?t nlmas ekil 2.5: Karsila tinc n sinüs-kare dalga dönü^türiicü olarak kullan lmas islem Basamaklan ekil 2.4. deki devreyi montaj seti iizerine kurunuz. Sinyal jeneratöriiniin canh ucunu eviren giri ucuna ba lay z. Osilaskobun 1. kanal sinyal jeneratörii ç kis na ba lay z. Osilaskobun 2. kanal 741 in 6 nu lu cikis ucuna baglay z. Giic kaynagimn + ucunu 741 de 7 nu lu uca, - ucunu 4 nu lu uca, toprak ucunu 3 nu lu uca ve di er cihazlann toprak ucuna ba lay z. Devreye enerji vermeden önce a agidaki cihazlann ayarlanni yap z. Sinyal jeneratöriinii 1 V 100 Hz Sinüs dalga formuna ayarlay z. Simetrik giic kaynagin, ± 10 V a ayarlay z. Osilaskobun Time/Div kademesini 5 ms/div, 1. kanal giri sinyali ifin 1 V/Div, 2. kanal f kis sinyali için 10 V/Div olarak ayarlay z. Öneriler Eviren, evirmeyen giri lerin ve +V (7 nu lu us), -V (4 nu lu us) gerilimlerinin ba lant lanm do ru yaptigin zdan emin olunuz. Cihazlann toprak ba lant lanm ve evirmeyen giri ucunun tek bir noktada birle tirilece ini unutmayimz. Kullanmadigimz zamanlarda cihazlan kapatmay unutmayimz. Osilaskobunuzdan sinyal alam yorsamz cihaz n a$ik, Y pos dii mesinin uygun konumda, giis hari? türn dii melerin basilmamis, problarimz n sa lam ve cihaz n kalibre edilmi oldu undan emin olunuz. Giic kaynagin çahst mz. aç devreye enerji uygulayarak devreyi Besleme geriliminin do ru ayarlandigindan ve k sa devre olmadigindan emin olunuz.
Osilaskop ekramndaki dalga eklini a agidaki bo osilaskop ekranma çiziniz. Sinyal jeneratörüniin ç kis genli ini s rayla 500 mv, 1 V, 1.5 V, 2 V kademelerine ayarlay n, ç kis gerilimlerini tablo 2.2 ye kaydediniz. kis gerilimi giri sinyal degi iminden etkilenmekte midir? Yorumlayarak arkada lannizla tartis z. Ç kis gerilimi besleme gerilim de erine ula yor mu? Osilaskop ile gerilim ölçme hakk nda elektriksel büyükliiklerin ölfiilmesi modüliinde almis oldu unuz bilgileri hat rlay z. Giri sinyalini iiste, cikis sinyalini alta fiziniz. : : V giri (Vg) Volt 500 mv IV 1.5 V 2 V V ç (Vç) Volt Yorum Tablo 2.3: Sonuf de erlerini kaydedin ve yorumlay n