ANALOG ELEKTONİK - II BÖLÜM Temel Opamp Devreleri Konular:. Eviren ve Evirmeyen Yükseleç. Temel ark Alıcı.3 Gerilim İzleyici.4 Türev ve Enegral Alıcı Amaçlar: Bu bölümü biirdiğinizde aşağıda belirilen konular hakkında ayrınılı bilgiye sahip olacaksınız. Opamp la gerçekleşirilen eviren yükseleç devresinin özellikleri ve çalışma karakerisikleri Eviren oplayıcı devresi ve özellikleri Evirmeyen yükseleç devresinin genel özellikleri ve karakerisikleri Opamp la gerçekleşirilen gerilim izleyici devresi ve özellikleri Opamp la gerçekleşirilen ürev alıcı devrenin özellikleri ve çalışma karakerisikleri Opamp la gerçekleşirilen Enegral alıcı devrenin özellikleri ve çalışma karakerisikleri
ANALOG ELEKTONİK - II. EİEN E EİMEYEN YÜKSELTEÇ Opampların en emel uygulamalarından biri yükseleç (amplifikaör) asarımıdır. Yükseleçler; girişlerine uygulanan elekriksel işareleri yükselerek (kuvvelendirerek) çıkışlarına akaran sisemlerdir. Kalieli bir yükseleç, kuvvelendirme işlemi esnasında giriş ve çıkış işarelerinde herhangi bir bozulmaya (disorsiyona) sebep olmaz. Bu bölümde opamp la gerçekleşirilen emel yükseleç modellerini inceleyeceğiz. Bunlar; Eviren Yükseleç Eviren Toplayıcı Evirmeyen Yükseleç Evirmeyen Toplayıcı Eviren Yükseleç Bilindiği gibi opampların açık çevrim kazancı çok yüksekir. Bu durum kullanıcıya her zaman avanaj sağlamaz. Çünkü opamp ın kazanç konrol alında değildir. Yükseleç asarımında elemanın kazancı kullanıcı arafından konrol edilmelidir. Opamp kazancının konrol edilebileceği iki emel ip yükseleç devresi vardır. Bunlar; eviren (invering) ve evirmeyen (noninvering) yükseleçlerdir. Opamp ın kazancını konol emede en ekili yönem geri besleme kullanmakır. Temel bir eviren yükseleç devresi şekil-. de verilmişir. Devrede dolaşan akımlar ve gerilim düşümleri devre üzerinde ayrınılı olarak göserilmişir. - A IA I f - I - İN IA - L Şekil-. Temel Eviren Yükseleç Devresi Eviren yükseleç devresinde giriş gerilimi, direnci ile opamp ın negaif erminaline uygulanmışır. Opamp ın poziif erminali ise opraklanmışır. Opamp ın giriş ve çıkış erminalleri arasına bağlanan f direnci, geri besleme direnci olarak anılır. İN giriş işarei ile çıkış işarei arasındaki bağını ve dirençleri ile ifade edilir. Devrenin analizine yapmadan önce, opamp özellikleri ekrar haırlaalım. Opamp ın eviren (-) ve evirmeyen () girişleri arasında poansiyel fark yokur. Kısaca gerilim farkı sıfırdır. 3
ANALOG ELEKTONİK - II Opampın eviren (-) ve evirmeyen () uçlarından, opamp içerisine küçük bir akım akar. Bu akım çok küçük olduğundan ihmal edilebilir. Girişe uygulanan işarein AC veya DC olması durumu değişirmez, her ikisi de kuvvelendirilir. Opamp ın (-) ucu ile () ucu arasındaki poansiyel fark sıfırdır. Bu nedenle, devre de opamp'ın (-) ucuda oprak poansiyelindedir. Devrenin analizine gelince A nokasında K.A.K yazarsak; I I devreden I ve I akımları için gerekli bağınıları yazalım; ( ) ( ) İN A Yükselecin kapalı çevrim kazancına A dersek, A geriliminin değeri A /A olur. A nın oprak poansiyelinde olduğunu biliyoruz. Yükselecin açık çevrim kazancının çok büyük olduğunu da biliyoruz. Buradan A /A dan A yazabiliriz. Bu durumda; buradan çıkış gerilimi; İN bulunur. Diğer bir ifadeyle opamp ın girişleri akım çekmediğinden, I akımının ümü f direncinin üzerinden akacakır. f direnci üzerindeki gerilim düşümü ise; I A İN olacakır. Devrede f direncinin bir ucu oprak poansiyeline bağlı olduğu için L yük direncine paralel olarak düşünebilir. Dolayısı ile f uçlarında ki gerilim düşümü çıkış gerilimi o değerine eşi olur. Böylece giriş işareinin fazıda erslenmiş olur. Başka bir ifadeyle giriş işarei evrilmişir. Opampın kazancı ise; olarak açığa çıkar. A İN 4
ANALOG ELEKTONİK - II Örnek:. Şekil-. de görülen eviren yükseleç devresinde LM74 ipi opamp kullanılmışır. Devre, ± luk simerik kaynakla beslenmişir. a. Devredeki I akımını, Çıkış gerilimini, Kapalı çevrim gerilim kazancını A bulunuz? b. Opamp çıkışına.kω luk bir L yük direnci bağlandığında yük üzerinden geçen IL yük akımını ve opamp ın oplam çıkış akımını hesaplayınız? f KΩ - f KΩ I f -.5 - I IA IA - L.K - Şekil-. Eviren Yükseleç Devresi Çözüm Önce I akımını bulalım. Devreden;.5 I. 5mA KΩ Opamp ın çıkış gerilimi ise; f KΩ (.5 ) KΩ olarak bulunur. Opamp ın kapalı çevrim kazancı ACL; A CL L yük direnci üzerinden geçen IL yük akımı; f 5 I. ma L.KΩ 7 Opamp çıkışından çekilen oplam akım I ise; olarak bulunur. L 5 I I L I.7mA.5mA. 3mA Eviren girişe DC işare yerine AC işare de uygulanabilir. Bu durumda opamp yükselme işlevini yine yerine geirecekir. Böyle bir eviren yükseleç devresi şekil-.3 de göserilmişir. 5
ANALOG ELEKTONİK - II f 5KΩ 3. -. KΩ IA IA - L -3 Şekil-.3 Eviren yükseleç devresinde ac çalışma Devrede akım ve gerilimlerin analizini yapalım. Şekil-.3 üzerindeki değerler dikkae alındığın da opamp ın kapalı çevrim gerilim kazancı ACL; A CL f 5KΩ 5 KΩ Opamp çıkışından alınan çıkış işareinin epeden epeye değeri ise; f 5KΩ (. ) KΩ 3 olacakır. Eviren amplifikaör özelliğinden dolayı giriş geriliminin fazı 8 derece faz erslenmiş olarak çıkışa yansıyacakır. Bu durum şekil-.3 üzerinde ayrınılı olarak göserilmişir. Eviren Toplayıcı Temel eviren yükseleç devresindeki negaif erminale ek giriş yerine, şekil-.4'deki gibi bir çok giriş işarei bağlanırsa opamp eviren oplayıcı olarak çalışır. Eviren oplayıcı devre, girişine uygulanan işareleri oplayarak çıkışına akarır. Eğer giriş gerilimleri sırası ile;,.. n ise; orak uç (negaif erminal) oprak poansiyelinde olduğu için opamp ın ile - erminalleri arasında poansiyel fark yokur. Dolayısı ile her bir koldan akan akımlar sırası ile; n I, I, I n olur. geri besleme direncinden bu akımların oplamı kadar bir akım akacağından (opampın içine akım akmaz, giriş direnci sonsuzdur). Bu durumda opamp ın çıkış gerilimi; ( I I I n ) n n n 6
ANALOG ELEKTONİK - II n n I I f I I I n I T I f I f I n ~ 74 n I n - L - Şekil-.4 Eviren oplayıcı devresi Örnek:. Şekil-.4'deki devrede fk, nk ve n. vol ise, opamp ın çıkış gerilimi;... KΩ 6 K K K Ω Ω Ω elde edilir. Toplayıcı devrede fn seçilirse çıkışa girişler yükselilmeden sadece oplanmış olarak alınır. Yine aynı manıkla giriş işarelerinin oralaması çıkışan alınabilir. Bunun için; n, f/3 olarak seçilmelidir.örnek olarak şekil-.'deki devrede; nk, fk/3 ve 5v, 5v, n-v ise çıkış gerilimi; (55(-))/3-3 vol bulunur. Unuulmamalıdır ki opampın çıkış geriliminin maksimum değeri besleme gerilimi ile sınırlıdır. Kısaca çıkış geriliminin değeri hiç bir zaman besleme gerilimi değerini aşamaz. Ses Karışırıcı (mixer) Bilindiği gibi oplayıcı devre, girişine uygulanan dc işareleri oplayarak çıkışına akarmaka idi. Eviren oplayıcı devresinde, opamp ın eviren girişine şekil-.5 de görüldüğü gibi mikrofonlar bağlayarak ses karışırıcı veya mixer olarak adlandırılan devreyi elde edebiliriz. Bu devrede; opamp ın eviren girişine mikrofonlar üzerinden uygulanan ses işareleri oplanarak çıkışa akarılmakadır. Mikrofonlarla opamp girişine uygulanan giriş işareleri; isenirse ayarlı dirençler kullanılarak zayıflaılabilir. Böylece girişen uygulanan işarelerden işiilmesi arzu edilen ensrümanın veya şarkıcının sesi ayarlanabilir. 7
ANALOG ELEKTONİK - II f mic I f mic mic3 ~ 74 n - I L - L Şekil-.5 Ses karışırıcı (mixser) devre Evirmeyen Yükseleç Opampların emel uygulamalarından bir diğeri ise evirmeyen yükseleç devresidir. Bu devrede yükselilecek işare opamp ın evirmeyen girişine uygulanmakadır. Evirmeyen yükseleç devresinde giriş işarei ile çıkış işarei aynı fazdadır. Yani giriş ile çıkış işarei arasında faz farkı yokur. Temel bir evirmeyen yükseleç devresi şekil-.6 da verilmişir. Evirmeyen yükseleç devresinin en önemli özelliklerinden birisi çok yüksek bir giriş direncine sahip olmasıdır. Eviren bir yükseleç devresinde giriş direnci, devrede kullanılan direncine bağlıdır ve değeri birkaç KΩ civarındadır. Evirmeyen yükseleç devresinde ise giriş direnci opamp ın giriş direncine eşiir. Bu değer ise yüzlerce mega ohm civarındadır. f f IA I f IA I f ~ I I ~ - IA - L - IA - L Şekil-.6 Evirmeyen yükseleç devresi Şekil-.6 da verilen evirmeyen yükseleç devresinin analiziniz yapalım. Opamp ın eviren ve evirmeyen girişleri arasındaki poansiyel farkı dur. Bunu biliyoruz. Dolayısıyla direnci uçlarında veya üzerinde gerilimini aynen görürüz. Devrede kirşof yasalarından yararlanarak çıkış geriliminin alacağı değeri yazalım. elde edilir. Devrede; I I I I olduğu görülmekedir. Bu durumda yukarıda verilen eşiliği çıkış gerilimini bulmada yeniden yazarsak ; 8
ANALOG ELEKTONİK - II I I denklemini elde ederiz. Bu denklemde; I Akımı, I değerine eşiir. Bu değeri eşiliğine yerleşirirsek, denklemi düzenlersek; denklemi elde edilir. Yukarıda elde edilen denklemin ışığında evirmeyen yükseleç devresinde kapalı çevrim kazancı ACL ise; A CL değerine eşiir. Evirmeyen yükseleç devresinde gerilim kazancı görüldüğü gibi evirmeyen yükseleç devresinden fazladır. Örnek:.3 Şekil-.7 de görülen evirmeyen yükseleç devresinde LM74 ipi opamp kullanılmışır. Devre, ± luk simerik kaynakla beslenmişir. a. Devrede çıkış gerilimi, ve Kapalı çevrim gerilim kazancını ACL bulunuz? b. Opamp çıkışına 3.3KΩ luk bir L yük direnci bağlandığında yük üzerinden geçen IL yük akımını hesaplayınız? c. Aynı devrede opamp çıkışından çekilen oplam akımı hesaplayınız? K K I f IA I I ~ IA - L 3.3K - Şekil-.7 Evirmeyen Yükseleç Devresi 9
ANALOG ELEKTONİK - II Çözüm Önce çıkış gerilimini bulalım. Devreden; K f K Kapalı çevrim kazancı ACL; A CL K A CL 6 K L yük direnci üzerinden geçen IL yük akımı değeri; 3. ma 3.3K 63 L Opampan çekilen oplam Akım; IT I IT ma 3.63mA 4. 63mA Örnek:.4 Şekil-.8 de görülen evirmeyen yükseleç devresinde; çıkış gerilimi, gerilim kazancını ACL ve opampan çekilen oplam akımı bulunuz? K K I f IA I I ~ IA K 3 K A - L K - Çözüm Şekil-.8 Evirmeyen Yükseleç Devresi Devreyi analiz edebilmek için yapılması gereken ilk işlem, opamp ın evirmeyen girişine uygulanan gerilim değerinin bulunmasıdır. Opamp ın evirmeyen girişine uygulanan gerilime A dersek; Devreden A gerilimini bulalım. A 3 A A. 5 K K 3 Dolayısıyla evirmeyen yükselecin çıkış gerilimi ; 3
ANALOG ELEKTONİK - II Dolayısıyla evirmeyen yükselecin çıkış gerilimi ; K A.5 5. 5 K L yük direnci üzerinden geçen IL yük akımı ve I akımının değeri; 5.5 A.5 5.5mA I. ma K K 5 L Opampan çekilen oplam akım ise; IT I IT.5mA 5.5mA 6mA Evirmeyen Toplayıcı Evirmeyen yükseleç kullanılarak oplama işlemi yapılabilir. Evirmeyen oplayıcı yükseleç uygulamasında oplanacak işareler, opamp ın evirmeyen girişine uygulanır. Opamp çıkışında ise bu işarelerin oplamı alınır. Tipik bir evirmeyen oplayıcı devresi şekil-.9.a da görülmekedir. Devrede oplanacak giriş sayısı iseğe bağlı olarak arırılabilir. Şekildeki devrede örnekleme amacı ile iki girişli bir devre gelişirilmişir. Devrede oplanması isenen ve gerilimleri ve dirençleri vasıasıyla opamp ın evirmeyen girişine uygulanmışır. Opamp ın evirmeyen girişinde oluşan gerilim şekilde A olarak anımlanmışır. 3 A - L L / - A Şekil-.9.a ve b Evirmeyen oplayıcı ve eşdeğer devresi A geriliminin değerini bulmak için opamp özelliklerinden yararlanarak devreyi şekil-.9.b de görüldüğü gibi yeniden düzenleyebiliriz. Bu durumda A gerilimi K.G.K dan; A olacakır. Devrede 34 Kabul edersek, 3 A
ANALOG ELEKTONİK - II Bulunan bu eşilike gerekli sadeleşirme yapılırsa; A bulunur. Devredeki giriş devresinin hevenin eşdeğer direnci ise; değerindedir. Bu durumda çıkış gerilimi;, EŞ TH A olarak bulunur. Evirmeyen yükseleçle ıpkı eviren yükseleçeki gibi giriş gerilimlerinin oralamasını alan veya oplayıp kuvvelendiren devrelerde gerçekleşirilebilir. Örneğin devrede n ade giriş varsa değeri; (n-) yapılır. Bu durumda yükseleç kazancı giriş sayısı kadar olup, çıkışa giriş gerilimlerinin oplamı olan bir gerilim değeri elde edilir.. TEMEL AK ALICI Bu bölümde opampların en emel uygulamalarından olan fark alıcı (diferansiyel) yükseleç devresi incelenecekir. ark alıcı devre, genelde ölçme ve konrol sisemlerinin asarımında kullanılan emel yükseleç devresidir. Oldukça hassas ve kararlı bir çalışma karakerisiğine sahipir. Bu bölümde opamp la gerçekleşirilen emel bir fark alıcı devreyi inceleyerek birkaç emel uygulama örneğini inceleyeceksiniz. Temel fark alıcı devre, çıkarıcı amplifikaör (differance amplifier) veya farksal yükseleç olarakda isimlendirilir. Temel bir fark alıcı devresi şekil-.9'da göserilmişir. Devre dikkalice incelendiğinde opamp ın her iki girişinin de kullanıldığı görülmekedir. Devrenin emel çalışma prensibi eviren ve evirmeyen girişlerine uygulanan işarelerin farkını almasıdır. Bu ip yükseleçler pek çok endüsriyel uygulamada sıklıkla kullanılırlar. Opamp devresinin fark alma (çıkarma) işlemini nasıl yapığını şekil-. dan yararlanarak açıklayalım. Bu devrede; girişen uygulanan iki ayrı işarein farkı alınıp çıkışa akarılmakadır. 3
ANALOG ELEKTONİK - II IA IA - L 3 A Şekil-. Temel ark Alıcı (differansiyel Amplifikaör) Devresi Devrenin analizi için en uygun çözüm süper perpozisyon eoremi uygulamakır. Bu işlem için önce girişini kısa devre yaparak, 'den dolayı oluşan çıkış gerilimi 'i bulalım. Bu işlem sonucunda devremiz şekil-..a da görülen biçimi alır. 3 - L 3 A - L a) kaynağı kısa devre iken opamp çıkışı; o b) kaynağı kısa devre iken opamp çıkışı; o Şekil-..a ve b ark alıcı devreye Super pozisyon eoreminin uygulanması Devrede kullanılan ve 3 dirençlerinin ekisi kalmaz. Çünkü opamp ın giriş direnci yaklaşık sonsuz olduğu için üzerlerinden bir akım akmaz. Dolayısıyla üzerlerinde bir gerilim düşümü olmaz. Bu durumda devremiz bir evirmeyen yükseleç halini almışır. Dolayısıyla 'den dolayı çıkış gerilimi ; olarak bulunur. Devre eviren yükseleç özelliğindedir. giriş geriliminin çıkışa ekisini bulabilmek için girişini kısa devre ememiz gerekir. Bu işlem sonunda devremiz şekil-..b de göserilen şekli alır. Bu devre evirmeyen yükseleç özelliğindedir. Devrenin çıkış gerilimini () hesaplayalım. A bulunur. A, opamp ın evirmeyen girişine uygulanan gerilimdir. Değerini devreden aşağıdaki gibi yazabiliriz; 33
ANALOG ELEKTONİK - II A 3 3 Bulunan A değerini eşiliğinde yerine yerleşirirsek ; 3 3 3 3 Toplam çıkış gerilimi ise her iki çıkış geriliminin oplamı olacakır. değerler yerleşirilirse, Toplam çıkış gerilimi ; 3 ( ) ( ) 3 olarak bulunur. Örneğin şekil-. deki emel fark alıcı devrede 3 olarak seçilirse çıkış gerilimi; - olarak bulunur. Görüldüğü gibi devre girişine uygulanan gerilimlerin farkını almakadır. Bu devrede; 3 ve seçmek şarı ile devreyi fark yükseleci haline geirmek mümkündür. IA IA - L 3 A Şekil-. Temel ark Alıcı (differansiyel Amplifikaör) Devresi 34
ANALOG ELEKTONİK - II Örnek:.5 Şekil-.3 de verilen fark alıcı devrede çıkış gerilimini (o) ve opamp an çekilen yük akımını (IL) bulunuz? 3KΩ, fkω, LKΩ f 4 4 3 A - L Çözüm: Şekil-.3 Temel ark Alıcı devre erilen devre ve işarelerinin farkını alıp kuvvelendirecekir. Önce çıkış işareinin alacağı değeri bulalım. Bunun için; ( ) A ( ) ( 3 ) 3 KΩ KΩ KΩ 4 ( ) ( 4 ) KΩ KΩ KΩ KΩ [ 4 ] [( ) (.5 4 )] [ 4 ] [(4 )] Görüldüğü gibi fark alıcı devre opamp girişine uygulanan işarelerin farkını almışır. Çıkış gerilimi o- olmuşur. Opamp çıkışına bağlanan L yük direnci üzerinden geçen IL akımını hesaplayalım. I L KΩ L 35
ANALOG ELEKTONİK - II Örnek:.6 Şekil-.4 de verilen fark alıcı devrede çıkış gerilimini (o) ve opamp an çekilen yük akımını (IL) bulunuz? 3KΩ, fkω, LKΩ f 3 A - L Şekil-.4 Temel ark alıcı devre Çözüm erilen devre ve işarelerinin farkını alıp kuvvelendirecekir. Önce çıkış işareinin alacağı değeri bulalım. Bunun için; 3 ( ) ( ) 3 KΩ KΩ KΩ ( ) ( ) ( ) KΩ KΩ KΩ KΩ [ ] [( ) (.5 )] [ ] [( )] 4 Görüldüğü gibi fark alıcı devre opamp girişine uygulanan işarelerin farkını almışır. Çıkış gerilimi o- olmuşur. Opamp çıkışına bağlanan L yük direnci üzerinden geçen IL akımını hesaplayalım. I 4 KΩ L 4 L ma 36
ANALOG ELEKTONİK - II Örnek:.7 Şekil-.5 de verilen fark alıcı devrede çıkış gerilimini (o) ve opamp an çekilen yük akımını (IL) bulunuz? 3KΩ, fkω, LKΩ A - L Çözüm: Şekil-.3 Temel ark Alıcı devre erilen devre ve işarelerinin farkını alıp kuvvelendirecekir. Önce çıkış işareinin alacağı değeri bulalım. Bunun için; ( ) A ( ) ( ) KΩ KΩ ( ) ( ) KΩ KΩ [ ] [ ] 4.3 GEİLİM İZLEYİCİ Opamp kullanılarak gerçekleşirilen diğer bir uygulama ise gerilim izleyicisi (olage ollover) olarak bilinir. Gerilim izleyici devreler; yüksek giriş, alçak çıkış empedansa sahip olmaları nedeniyle pek çok uygulama ve asarımda sıklıkla kullanılırlar. Bu bölümde opamp la gerçekleşirilen gerilim izleyici devreyi inceleyerek birkaç emel uygulama örneğini inceleyeceksiniz. Gerilim izleyici devre, evirmeyen yükseleç devresinin özel bir halidir. Temel bir gerilim izleyici devre şekil-.4 de verilmişir. Dikka edilirse bu devrede f geri besleme direnci kullanılmamış, geri besleme direk yapılmışır. Opamp girişleri arasında gerilim farkı olmadığından çıkış gerilimi o, giriş gerilimi ile aynıdır (oin). Devrede gerilim kazancı yokur. Bu nedenle bu ip devrelere gerilim izleyicisi denir. 37
ANALOG ELEKTONİK - II in - in Şekil-.4 Gerilim izleyici devre Genel amaçlı opamplarla (LM 74 gibi) şekil-.4 deki bağlanı yapılarak gerilim izleyicisi elde edilebileceği gibi yalnızca bu amaçla gerçekleşirilmiş operasyonel yükseleçlerde vardır. Örneğin LM ümdevresi bu amaç için üreilmişir. LM ümdevresinde çıkışla eviren giriş arasındaki bağlanı üm devre içerisinde yapılmışır. LM ümdevresinin bazı karekerisikleri aşağıda verilmişir. Giriş direnci i: 6 MΩ (çok büyük) Giriş akımı Iin: na (çok küçük) Çıkış direnci o:.7ω (çok küçük) Band genişliği BG: Mhz Gerilim Kazancı ACL:.9997 Dış bağlanı ile gerçekleşirılen gerilim izleyicileri de yaklaşık aynı değere sahipirler. Gerilim izleyicilerinde giriş direnci çok büyük olduğu için bir önceki devreyi yüklemezler. Bu yüzden bunlara buffer veya izolasyon amplifikaörü denir. Dolayısı ile çıkış geriliminin genlik ve fazı girişle aynıdır. Şekil-.5 de dc ve ac çalışma için gerilim izleyici devreleri ve çevre akımları verilmişir. Yük akımı IL, opamp an çekilen akıma eşiir. IA I in - L in in - L in Şekil-.5 Gerilim izleyici devrenin dc ve ac çalışma şarları 38
ANALOG ELEKTONİK - II.4 TÜE E ENTEGAL ALICI Bu bölüme kadar anlaılan opamp uygulamalarında geri besleme elemanlarının amamen omik olduğu varsayıldı veya omik bir eleman olan direnç kullanıldı. Genel olarak elamanlar kapasiif ve endükif özellik göserdiklerinden giriş ve geri besleme direnci yerine empedans içeren (L ve C) elamanlarda kullanılır. Böylece amamen omik elaman yerine, empedans kullanmakla devrenin işlevide büyük oranda değişirilmiş olur. Bu bölümde opamp la gerçekleşirilen emel ürev ve enegral alıcı devreyi inceleyecek ve birkaç emel uygulama örneği göreceksiniz. Türev Alıcı Devre Türev alıcı devresi, genel olarak bir eviren yükseleç özelliğindedir. ark olarak girişe direnci yerine C kondansaörü bulunmakadır. Genel bir ürev alıcı devresi şekil-.6 da verilmişir. Türev alıcı, girişinden uygulanan işarein ürevini alarak çıkışa akaran bir devredir. C i i n in - L Şekil-.6 Türev Alıcı Devre Devrenin çalışmasını kısaca inceleyelim. Girişe kullanılan kondansaör, ac işareleri geçiren faka dc işareleri geçirmeden üzerinde bloke eden bir devre elemanıdır. Dolayısı ile dc işareler için ürev alma söz konusu değildir. Gerçeke dc işareler için ürev alıcı çıkışı o dır. Türev alıcı girişine mulaka sinüsoydal işare uygulanması söz konusu değildir. rekans barındıran veya genliği zamana bağlı olarak değişen bir işarein uygulanması yeerlidir. Şekil-.6 da verilen ürev alıcı devrenin çıkış gerilimi; i değerine eşiir. C kondansaörü üzerinden akan i akımının değeri ise; d i C d olduğu bilinmekedir. Dolayısıyla bu değer çıkış gerilimi için yeniden düzenlenirse; i in d C d olarak ifade edilir. Bu denklemden de görüldüğü gibi çıkış gerilimi (), giriş geriliminin ürevi ile oranılıdır. in 39
ANALOG ELEKTONİK - II Türev alıcı devrenin çıkış denkleminde kullanılan; din/d ifadesi herhangi bir anda giriş işareinin eğimini veya değişim hızını belirmekedir. Bu ifade maemaiksel olarak ürev fonksiyonu olarak bilinir. Dolayısı ile içerisinde eğim veya değişim barındıran üm işarelerin ürevini almak söz konusudur. Konunun daha iyi anlaşılması amacı ile aşağıda örnek bir devre çözümü verilmişir. Örnek:.8 Şekil-.7 de verilen ürev alıcı devre girişine genliği epeden epeye pp.5 olan KHz lik bir üçgen dalga işarei uygulanmışır. Çıkış geriliminin (o) analizini yaparak dalga biçimini çiziniz. KΩ in fkhz.5 in Cn i.5 T.5ms -.5ms.5ms Çözüm: Şekil-.7 Türev alıcı devrenin analizi erilen devrede önce poziif eğimi hesaplayalım. ve işarelerinin farkını alıp kuvvelendirecekir. Önce çıkış işareinin alacağı değeri bulalım. Bunun için; Poziif din egim d.5 in : 3.5 s s Poziif eğim için çıkış gerilimini hesaplayalım, ( ) d C d in 3 9 5 Negaif eğim için gerekli analizleri yapalım. din Negaif egim d.5 in : 3.5 s s din 3 9 ( ) C 5 d s Yukarıda yapılan analizler ışığında giriş ve çıkış işarelerini dalga biçimlerini birlike göserelim. 4
ANALOG ELEKTONİK - II in.5 fkhz.5 T.5ms.5ms.5ms 3 - Praik uygulamalarda şekil-.6 daki devre yalın hali ile yeerli değildir. Örneğin yüksek frekanslarda C kondansaörü kısa devre gibi davranacağından yükselecin kazancını arırarak doyuma göürebilir. Ayrıca in işareinin içerisinde çeşili gürülüler olabilir. Gürülü işareleri ise çok geniş frekans ayfına sahipir. Bu durumda gürülüde olduğu gibi yükselilebilir. Bu isenmeyen durumu önlemek için opamp devresinin kazancını yüksek frekanslar için sınırlamak gerekir. Bu amaçla şekil-.8 de görülen devre gelişirilmişir. C i in i - Şekil-.8 Türev alıcı devrenin analizi Bu devrede girişe kazancı sınırlayan direnci eklenmişir. Böylece devrenin gerilim kazancı f/ ile sınırlanmışır. direnci ise opamp girişlerindeki dc akım kampanzasyonunun sağlanması için kullanılmışır. Ayrıca bu devrenin ürev alıcı olarak çalışabilmesi için aşağıdaki iki şarın yerine geirilmesi gerekir. - Devrede giriş işareinin frekansı G; C değerine eşi yada ondan küçük olmalıdır. G C π C - Devrede f C çarpımı "zaman sabii" olarak isimlendirilir. Giriş işareinin periyodu yaklaşık bu değerde olmalıdır. 4
ANALOG ELEKTONİK - II Enegral Alıcı Enegral alıcı devre, girişe uygulanan işarein enegralini alarak çıkışa akarır. Bu işlemi gerçekleşiren bir enegral alıcı devre şekil-.9 da göserilmişir. Görüldüğü gibi bu devrede geri besleme bir kondansaör yardımı ile yapılmakadır. C i i n in - L Şekil-.9 Enegral Alıcı Devre Enegral alıcı devrenin n nokasındaki gerilim, opamp giriş özelliğinden dolayı vol civarındadır. Bu durumda i akımı ise iin/ veya i-i dir. Bilindiği gibi kondansaör uçlarındaki gerilim; C I C Kondansaör üzerinden geçen akım ise; dv I C C d değerine eşiir. Bu açıklamalardan sonra devredeki n nokası için K.A.K yı yazalım; I I I I d d in C C d d in değerini bulmak için her iki erimin zamana göre ürevini alırsak; C değerini buluruz. ormülden de görüldüğü gibi opamp giriş geriliminin enegralini alan bir devre olarak çalışmakadır. Bilindiği gibi enegral anlam olarak bir eğrinin alında kalan alana karşılık gelmekedir. Şekil-.9 da verilen emel enegral alıcı devre bu haliyle yeerli değildir. Gelişirilmiş bir enegral alıcı devresi şekil-. de verilmişir. in d 4
ANALOG ELEKTONİK - II C P i n in - L Şekil-. Gelişirilmiş Enegral Alıcı Devre Bu devrede; giriş ofse geriliminin giderek opamp çıkışını doyuma göürmesini engellemek amacıyla C kondansaörüne paralel bir P direnci bağlanmışır. Bu direnç, opamp ın gerilim kazancını da sınırlamakadır. Ayrıca giriş polarma akımlarının eşi olmayışından doğacak ofse geriliminin ekilerini gidermek amacı ile direnci kullanılmışır. Bu direncin değeri f// olmalıdır. Opampın enegral alıcı olarak görev yapabilmesi için girişine uygulanacak işarein frekansı (fg), fc değerine eşi yada ondan büyük olmalıdır. (fg fc) G C π P C Ayrıca devrenin zaman sabiesi (/ Cf) ile, girişe uygulanan işarein frekansı fg<fc olduğunda devre sadece eviren yükseleç olarak çalışır. Bilindiği gibi devre enegral alıcı olarak çalışığı zaman, giriş işareinin enegralini alarak çıkışa akarır. Örneğin giriş işarei kare dalga biçiminde ise, devre çıkışında üçgen dalga bir işare alınır. Konunun daha iyi anlaşılması amacı ile aşağıda örnek bir devre analizi verilmişir. Örnek:.9 Şekil-. de verilen ürev alıcı devre girişine genliği epeden epeyede pp olan KHz lik bir kare dalga işarei uygulanmışır. Çıkış geriliminin (o) analizini yaparak dalga biçimini çiziniz. C.µ 4.7KΩ P 47KΩ 3 in i n -.5ms.5ms.75ms 4.7KΩ - L KΩ Şekil-. Enegral alıcı devrenin analizi 43
ANALOG ELEKTONİK - II erilen devrede poziif yarım saykıl (alernans) için çıkış gerilimini hesaplayalım. 3 (.5 ) T / m ( ) 3 6 m d C C 4.7. Negaif yarım saykıl; T / ) ( 3 (.5 ) T m ( ) 3 6 m d C C 4.7. ) ( Çözüm: Yukarıda yapılan analizler ışığında giriş ve çıkış işarelerini dalga biçimlerini birlike göserelim. in fkhz 3 -.5ms.5ms - T.5ms Türev ve enegral alıcı devreler, elekronik endüsrisinde pek çok alanda kullanılırlar. Bu durum dikkae alınarak çeşili işareler için ürev ve enegral alıcı devrenin çıkışlarında oluşurabilecekleri dalga biçimleri şekil-. de verilmişir. 44
ANALOG ELEKTONİK - II Giriş İşarei Dalga Şekli Opamp la Türevi (d /d) Opamp la Enegrali C m rampa -mc m C m Sin w - m w C Cos w m cosω ω C m -m C m -m C Parabolik Şekil-. Opamp la gerçekleşirilen ürev ve enegral alıcı devrelerinin bazı giriş işarelerinde çıkış dalga biçimleri 45