Deneyin Amacı: Deney 5: Osilatörler Osilatörlerin çalışma mantığının anlaşılması. Wien köprü osilatörü uygulamasının yapılması. A.ÖNBİLGİ Osilatörler, DC güç kaynağındaki elektrik enerjisini AC elektrik enerjisine belirli bir frekansta harici sinyal uygulanmadan transfer edebilen devrelerdir. Osilasyon için ilk olarak, çıkış işaretinin belli bir parçasını girişe geribeslenmesine izin verecek iki kapılı bir devre elemanına ihtiyaç vardır. Eğer geribesleme işareti giriş işretinden daha büyük ve eş fazlı ise osilasyon başlar ve doyma olayı kapalı çevrim kazancını e düşürene kadar artmaya devam eder. Girişe, çıkış işaretinin bir parçasının aynı fazda uygulanması pozitif geribesleme olarak adlandırılır. Şekil 5. Pozitif Geri Besleme Özetlenirse; osilasyon için Berkhausen Kriterleri olarak adlandırılan koşullarda kararlı bir salınım için;. Geribesleme çevrimi üzerindeki toplam faz kayması 0 olmalıdır. 2. Kapalı çevrim kazancı (Kuvvetlendirici kazancı Av ile geribesleme devresi kazancı β çarpımı) e eşit olmalıdır. A=Av β= Buradan da anlaşılmalıdır ki kuvvetlendirici kazancı Av den büyük, geribesleme devresinin kazancı (dolayısı ile kaybı) β ise den küçük olmalıdır. Osilasyon devresine ilk enerji verildiğinde enerji kaynağı yardımı ile devrede meydana gelen değişim harmonikler açısından zengin ancak anlık bir geçiş dönemi meydana gelir (Bu durum Şekil 5.2 de görülmektedir). Sayfa - - Toplam Sayfa -5 -
Şekil 5.2 İlk çalışma anında kuvvetlendirici giriş ve çıkışındaki işaret Osilatörün geribesleme devresi, aynı zamanda, bir frekans belirleme devresidir. Devre çıkışında meydana gelen bu harmonikler içerisinden ancak geribesleme devresi tarafından belirlenen frekans girişe aynı fazda uygulanır. İşaretin gelişimi fazında, kapalı çevrim kazancı den büyük olduğunda girişe uygulanan işaret kuvvetlendirici tarafından çıkışta istenilen büyüklüğe zaman içerisinde ulaşır. Bunun ile ilgili durum Şekil 5.3 de görülmektedir. Şekil 5.3 Kapalı çevrim kazancı den büyük olduğunda çıkış Kararlı osilasyon fazında ise kapalı çevrim kazancı Av β= dir. Bu duruma ya kuvvetlendiricinin ya da geribesleme devresinin kazancını düşürecek bir devre düzenlemesi ile ulaşılabilir. Bu işlem kuvvetlendirici doyma nedeni ile kırpılmaya ulaşmadan önce yapılırsa çıkış işaretinin dalga şekli sinüs, aksi halde kuvvetlendiricinin kesim ve doyma aralıklarında çalışacağı kare dalga şeklinde olacaktır. Bunun ile ilgili durumlar Şekil 5.4 ve 5.5 de görülmektedir. Şekil 5.4 Kapalı çevrim kazancı doyum yok Şekil 5.5 Kapalı çevrim kazancı doyum var Sayfa - 2 - Toplam Sayfa -5 -
Sistem kazancı olduğu durumlarda devre kararlı halde çalışacaktır ama kuvvetlendiricinin doyuma ulaştığı noktada sinyal kare dalga haline gelecektir. Osilatörler birçok çeşit halinde tasarlanabilmektedirler. Bunlardan bazıları; LC Osilatörler RC Osilatörler Kristalli Osilatörler Wien Köprü Osilatörü Hartley Osilatörü Colpitts Osilatörü Deney kapsamında Wien köprü osilatörü incelenecek ve uygulaması yapılacaktır. Wien Köprü Osilatörü Şekil 5.6 da bir Wien köprü osilatörü görülmektedir. Bu osilatör devresinde kazanç değeri R 3 ve R 4 ile belirlenirken R, C ve R 2, C 2 elemanları osilasyonun frekansının belirlenmesinde ve pozitif geri besleme için faz açısının sıfır olmasında rol oynarlar. Şekil 5.6 Wien Köprü Osilatörü Yukarıdaki devre için salınım frekansı; f 0 2 R C R C 2 2 olarak bulunur ve devrenin istenen salınım frekansında çalışması, yeterli çevrim kazancının sağlanabilmesi için R 3 / R 4 2 olmalıdır. Sayfa - 3 - Toplam Sayfa -5 -
B.DENEY ÖNCESİ ÇALIŞMASI. Wien köprü osilatörü hangi şartların arandığı uygulamalarda kullanılmaktadır? Araştırınız. 2. Osilatör çeşitlerinden olan Hartley ve Colpitts osilatör devrelerini çizip salınım frekansı formüllerini yazınız. Bu iki osilatör çeşidini birbirine göre karşılaştırınız. Sayfa - 4 - Toplam Sayfa -5 -
C.DENEY ÇALIŞMASI.Şekil 5.6 daki devreyi; a)r 3 =800 ohm R 4 =470 ohm, R =R 2 = 0 kohm C =C 2 =22nF b)r 3 =800 ohm R 4 =390 ohm, R =R 2 = 0 kohm C =C 2 =22nF c)r 3 =800 ohm R 4 =390 ohm, R =R 2 = 0 kohm C =C 2 =0nF değerleri için ayrı ayrı kurup kuvvetlendirici çıkışını gözlemleyerek ölçtüğünüz frekans değerlerini not ediniz. (Not: LM74 entegresini +2, -2 Volt simetrik besleme yapınız.) f a = f b = f c = 2. Her bir aşama için frekansı teorik olarak hesaplayarak yazınız.. Hesaplama= f a = Hesaplama= f b = Hesaplama= f c = 3.Deneyde ölçtüğünüz değerlerle teorikte hesapladığınız değerleri karşılaştırıp aradaki farklılıkları yorumlayınız. Sayfa - 5 - Toplam Sayfa -5 -