Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Elektronik Lab. SCHMITT TETİKLEME DEVRESİ.Ön Bilgiler. Schmitt Tetikleme Devreleri Schmitt tetikleme devresi iki konumlu bir devredir. Devrenin çıkışı alçak seviyede (AS) veya yüksek seviyede (YS) bulunur. Schmitt tetikleyicisinin en önemli uygulaması yavaş değişen bir işaretten hızla değişen bir dalga şeklinin elde edilmesidir. Schmitt tetikleme devresi (ST) ile sinüzoidal bir işaretten kare dalga elde edebiliriz. Ayrıca ST devresini seviye detektörü olarak kullanabiliriz.. Transistörlü Schmitt Tetikleme Devresi Şekil de transistörlü ST devresi verilmiştir. Bu devreye aynı zamanda emetörbağlamalı ikili (emitter-coupled binary) devre denir. Çünkü pozitif geri besleme emetördeki R 3 direncinden dolayı oluşur. R5 Vç C T V E R T T, T = BC547 = 4K7 R = K = 3K3 R4 = 6K8 R5 = 4K7 C = 0nF R4 Şekil Transistörlü ST Devresi Şekil de devrenin geçiş özeğrisi verilmiştir. Tetikleme arasında (V -V ) gibi bir histerisiz gerilimi oluşur. Böyle bir devrenin girişine sinüzoidal bir işaret uygulandığında çıkışında Şekil 3 de gösterildiği gibi bir kare dalga elde edilir.
Vç Y S A S V g V V Şekil Transistörlü ST devresinin özeğrisi V Giriş İşareti V YS Çıkış İşareti AS Şekil 3 ST Devresinin girişine uygulanan bir sinüzoidal işaret ve ilgili çıkış işareti Şekil 3 de giriş ve çıkış işaretlerini inceleyelim. V g < V olduğu sürece ST devresi AS de kalacaktır. Giriş işareti V g, V den büyük olunca çıkış gerilimi YS ye ulaşacaktır. Bir seviyeden diğer seviyeye geçiş (anahtarlama olayı) çok hızlıdır ve pozitif geribeslemeye bağlıdır. Kısaca; V g V iken V C = YS ve V g V iken V C = AS olur.
Bu iki tetikleme noktası genelde aynı değildir. Çıkış T nin kolektöründen alınır. Eğer T kesimde ise V C = V CC (YS) olur. T iletimde ise çıkış V C = V CE + V E (AS) olur. Çıkışın AS ve YS durumları T nin iletimde olması be olmaması ile belirlenir. Şimdi V g = 0 olduğunu kabul edelim. T in bazı toprak potansiyelindedir. Emetörü baza göre pozitif olduğundan T iletimde değildir. V CC, R, R ve R 4 den dolayı T iletimde, dolayısı ile V E de bir gerilim oluşur. Bu durumda devrenin eşdeğeri Şekil 4 de verilmiştir. T kesimde olduğu için emetöründen hiç akım akmayacak R 3 yalnız T nin emetöründe gözükecektir. Thevenin eşdeğeri ile Şekil 4 deki devreyi daha da basitleştirebiliriz. Şekil-5 te basitleştirilmiş devre verilmiştir. Doğru akım söz konusu olduğu için C kondansatörü iletimde değildir. R5 Vç R5 Vç R T Ra T R4 Va Ve Şekil-4 T tıkalı ve T iletimde iken ST devresi Şekil-5 Yandaki devrenin Thevenin Eşdeğeri Burada R a =R 4 // (R +R ), V a =V CC {R 4 /(R 4 + R + R )} () olur. T aktif bölgede olduğu müddetçe I C = h FE I B, V C = V CC I C R 5 ve V E =(I B +I C )R 3 () dir. Normal olarak V a ve R a T transistörü aktif bölgede olacak şekilde seçilir. T in iletime geçmesi için gerekli en küçük gerilim V dir. V =V E +V BE (3) 3
V g nin artmaya başladığını düşünelim. T in iletime geçmesi için V g > V olmalıdır. T iletime geçer geçmez T in kolektör gerilimi V C azalır. V C deki azalma T nin V B gerilimini azaltır ve T daha az iletimde olur. T nin daha az iletimde olması I E akımını azaltır. T in iletime geçmesinden dolayı I E artmaktadır. I E deki artma I E deki azalmadan daha azdır. Bundan dolayı R 3 deki toplam akım azalmaktadır. Sonuç olarak V E gerilimi azalmaktadır. V E nin azalması T transistörünün V BE gerilimini daha da artıracak ve T den akan akımlar artacaktır. Şimdi T daha fazla iletimde olacak ve V C gerilimi daha fazla azalacak, T den daha az iletimde olacaktır. Bu işlem regenratif (pozitif geribesleme) bir işlemdir ve çok kısa zamanda oluşmaktadır. Yani T çok hızlı doymaya ve T çok hızlı kesime gider. T kesimde iken ST devresinin eşdeğeri Şekil 6 da ve bunun daha da basitleştirilmiş devresi Şekil 7 de verilmiştir. Burada R ve R 4 birbirine seri olarak bağlanmış durumdadır. Vb I C Rb T Ve'' T V CE +R4 V E Şekil-6 T kesimde iken ST devresi Şekil-7 Yandaki devrenin Thevenin eşdeğeri Burada; R b =R // (R + R 4 ) ve V b = V CC [R + R 4 / (R + R 4 ) + R ] dir (4) V E gerilimini aşağıdaki gibi hesaplayabiliriz V E = V b I C R b V CE (5) T in doymada olması için gerekli giriş gerilimi V = V E + V BE dir (6) 4
V g, V geriliminden küçük olmadıkça T doymada ve T kesimde kalır (V g > V ). V g < V olunca pozitif geribesleme olayı tekrar olur. T çok hızlı tıkanır ve T iletime geçer. ST devresi, AS konumuna ulaşır. C anahtarlama olayında hız artırıcı bir kapasite olarak görev yapar. T genelde doymada değildir. Bu durumda anahtarlama olayı daha hızlı olur. T transistörünü aktif bölgede seçersek T daha hızlı kesime, dolayısıyla T daha hızlı doymaya gidecektir. Uygulamada çok kere V E V ve (V V ) 0,5 V civarında istenir. V V in büyük olması pozitif geribeslemeyi artırır..3 Tasarım V, V ve V CC yi seçtikten sonra R 3 ve R aşağıdaki gibi hesaplanır. R 3 = V E R 5 / V CC V E (7) R = [(V CC V E ) R 3 ] / V E (8) R > R 5 olmalıdır. R, R 4 dirençleri flip-flop devrelerindeki gibi hesaplanabilir. T in baz akımını sınırlamak için T transistörünün bazına küçük değerli seri bir direnç bağlanabilir..4 İşlemsel Yükselteçli Schmitt Tetikleyicisi Aktif eleman olarak işlemsel yükselteç kullanılan ST Şekil 8 de verilmiştir. Burada ve R dirençleri vasıtasıyla pozitif geribesleme uygulanmıştır. Kuramsal olarak çevrim kazancı (-GK)= olursa geribesleme kazancı (KVf = K / +GK) sonsuz olur. Bu ideal durumda çıkışın bir konumdan diğer konuma geçişi keskin olur (sıfır yükselme zamanlı darbe) ve ST devresi histerisiz etkisi göstermez. Eğer GK > seçilirse çıkışın bir konumdan diğerine geçişi süreksizlik gösterecektir. Pratikte GK = seçilir. - 4 74 KV 3 7 5 + 6 = 47K Vo =5 =V V R 4K7 V R Şekil 8 İşlemsel Yükselteçli ST devresi 5
Vc 0 Vc 0 Vc 0 V V Şekil 9 İşlemsel Yükselteçli ST devresinin geçiş özeğrisi İşlemsel yükselteç bu devrede karşılaştırıcı olarak görev yapmaktadır. V g < V olduğunu kabul edelim. V C +V CC olacaktır. Süperpozisyon teoremini kullanarak V k yı Şekil 8 den hesaplayabiliriz. Vk R R R R = (9) ( VR + V R) + VC = VR + VC = V + R + R + R + R V g yi artıralım. V g =V oluncaya kadar çıkış V C geriliminde kalacaktır. V g = V olunca çıkış pozitif geribeslemeden dolayı -V CC değerini alacaktır. V g > V olduğu sürece bu değerde kalacaktır. Vo = -Vo -V CC (0) > V için faz değiştirmeyen uçtaki gerilim; Vk R = VR Vc () R + R R + R 6
Histerisiz gerilimi; R = V V = Vc dir () R + R V H yi azaltalım. = V oluncaya kadar çıkış Vc de kalır. = V olunca ST nin çıkışı aniden +V C ye sıçrar..5 Deneyin Yapılışı a) = V, R =4K7, R =K, R 3 =3K3, R 4 =6K8, R 5 =4K7 olacak şekilde devreyi kurun. Devrenin girişine ayarlanabilir doğru gerilim kaynağı bağlayın. Sonra girişe ve çıkıla osiloskop bağlayarak devrenin geçişözeğrisini çıkarın. V ve V gerilimlerini belirleyin. AS ve YS de T ve T transistörlerinin V BE, V CB ve V CE gerilimlerini ölçünüz. b) R 3 direncini K, 4K7 ve 0K olarak değiştirin ve V, V gerilimlerini ölçünüz. c) R 3 direncini eski değerine getirin ve R 4 direncini K ve 0K olarak değiştirerek V ve V gerilimlerini ölçün. d) R 4 direncini eski değerine getirin. T in emetörü ile V E noktası arasına 470Ω luk direnç bağlayarak V ve V yi ölçünüz. Daha sonra bu 470Ω luk direnci T nin emetörü ile V E noktası arasına bağlayın ve V ve V yi tekrar ölçün. e) Bu adımda girişe sinüzoidal bir kaynak bağlanacaktır. Bu nedenle T in bazına N4007 diyotunu bağlayın. Diyotu; katodu bazda ve diğer ucu ise sinüzoidal kaynağa bağlı olacak şekilde yerleştirin. Devredeki giriş ve çıkışa çift kanallı bir osiloskopa bağlayın. Giriş sinyal kaynağının frekansı f=khz olacak şekilde ayarlayın. Bu durumdaki giriş ve çıkış sinyallerini çizin ve osiloskop ekranındaki şekilden V ve V değerlerini ölçün. f=0khz ve f=00khz de giriş ve çıkış sinyallerini inceleyin. C kapasitesinin etkisini inceleyin. f) Şekil 8 deki devreyi V R =5V olacak şekilde kurun. Devrenin geçiş özeğrisindeki çizin (V, V, AS ve YS değerlerini belirleyin). Girişe bir sinüzoidal sinyal kaynak bağlayarak f=khz de giriş ve çıkış işaretlerini osiloskoptan gözleyin. 7