Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Elektronik Laboratuarı 2 ÇOK KA TLI (MULTİ STAGE) YÜKSELTEÇLER ı. Ön Bilgiler Bu deneyde yükselteçlerin arka arkaya ba~lanması konusunu incelenecektir. Bilindi~ üzere tek transistörlü yükselteçler yeterli yükseltme sağlamazlar. Örne~in bir mikrofona konuşulduğu zaman, mikrofon çıkışındaki i -2m V civarındaki sinyalin bir hoparlörden duyulabilmesi yada bir radyonun anteninde oluşan 0,01 m V civarındaki sinyalin hoparlörden duyulabilmesi için bir çok yükselteci arka arkaya bağlamak gerekir. 1.ı. Direk Bağlamalı (Direct Coupling) Kuvvetlendiriciler: Özellikle ön yükselteçlerde kullanılan ve en kolay olan ba~lama yöntemi direk bağ/ama yöntemidir. Bu ba~lama (ba~lamaya kuplaj da denir) şekli adından da anlaşıldığı gibi bir yükseltecin çıkışını diğerinin girişine doğrudan bağlamakla sağlanır. Reı ~L t i v. v. Birinci kal ı. j R, Direk bağlamalı ıkinci kat kuvvetlendirici den de anlaşılacağı gibi her transistörün çıkış voltajı aynı zamanda diğer transistörün beyz voltajını sağlamaktadır. Bu tür devrelere DC yükselteç de denmektedir. DC yükselteçler özellikle çok düşük frekanslara hatta OHz (DC) den başlayarak devrenin izin verdiği en yüksek frekanslara kadar çalışırlar. 1.2. RC Bağlamalı (RC Coupling) Kuvvetlendiriciler: Bir devrenin çıkışındaki sadece AC sinyali sonraki devrenin gırışıne aktarmak istiyorsak ve bu iki devreyi birbirine bağlarken empedans uyumu sorunu yoksa bağlama elemanı olarak kondansatör kullanılır. Bu kondansatöre kup/ai kondansaıörü denir.
~ Birinci 2. RC iuıt bağlama Devrenin RC kısmının C'si aradaki kuplaj kondansatörü, R'si ise birinci transistörün Re si ve ikinci tranzistörün beyzine bağlı dirençlerdir. Kullanılan kondansatör, sinyal frekansına çok az empedans göstennelidir. Bir kondansatör DC derilimi geçinnez, düşük frekanslara ise yüksek empedans gösterir. Bu nedenle RC kuplajlı devrelerde düşük frekanslarda kazanç azalır. Yüksek frekanslara çıkıldıkça kuplaj kondansatörünün empedansı iyice azalacağı için devrenin kazancı da (teorik olarak) artacaktır. Aslında böyle olamaz. Frekans arttıkça kullanılan transistörün yüksek frekans karakteristiği, transistörün küçücük iç kapasiteleri hatta devrenin baskı devresinin şekli ve kullanılan malzemenin özeliğinden dolayı devrenin kazancı düşecektir. Direk kuplajlı devrelerde aslında yüksek frekanslarda bu özellikleri gösterirler. 1.3. Transformatör Kuplajlı Kuvvetlendiriciler: 3. Transformatör kuplajı kuvvetlendirici Transformatörler bir devre, hem DC yalıtım hem de empedans uygunluğu sağlamak İdeal transformatörde hiç kayıp olmaz. Yani girişine uygulanan güeü çıkışından aynen alabiliriz. Fakat bant genişlikleri çok dardır. Özellikle ses frekans devrelerinde istenilen bant genişliğini tutturmak için özel sanrnh transformatörler kullanmak gereklidir. Transformatörlerin bu dar bant özellikleri yüksek frekans devrelerinde çoğunlukla istenilen bir özellik haline dönüşür. Hatta bandı daha da daraltmak için transfonnatörler kondansatörlerle de desteklenerek sadece istenilen frekansı geçiren özelliklerde yapılır. Bu tür devrelere Rezonans/ı Transformatör Kup/aj adı verilir. Transformatörün aynı zamanda empedans uydurma işlemi de yapmaktadır. ıçın kullanılır.
2. DENEYLER 2.1. Deneye gelmeden önce çalışılacak sorular yükselteçlerde ilk yükselteç veya ilk birkaç yükseltecin gürültü seviyesinin düşük olması gerekmektedir. Bunun sebebi nedir? Bir yükseltecin çıkışını diğer yükseltecin girişine bağlamak için uyulması gereken kurallar nelerdir? Çok katlı yükselteçlerde toplam kazanç katların kazançlarına bağlı olarak nasıl hesaplanır? Direk bağlamalı, Re bağlamalı, Transformatör bağlamalı ve push pull çok katlı yükselteçlerin birbirlerine olan üstünlükleri nelerdir? Çok katlı 2.2.Deney 1: JFET'1i es Kuvvetlendirici (kendi Kuvvetlendiriciler kendine polarmalı) Direk Bağlamalı (Direct Coupling) 1- İlk önce KL-23005 modülü KL-200 lineer devre borduna yerleştirilir. 2- Kısa devre elemanları 4' e göre yerleştirilir. 345678- YRı ve VR3,'ü Vcı ve VCı'nin ikiside Vee olacak şekilde ayarlanır. 2 İşaret üreteci ve osiloskop giriş terminalin (IN) ve osiloskopu aynı zamanda çıkış terminaline bağlanır. İşaret üretecinin çıkışını ı KHz'lik sinüs dalgasına ayarlanıp, osiloskopta maksimum bozunumsuz dalga şekli görülecek şekilde gözlemlenip kaydedilir. Osilosküp kullanarak Vb ı, Vcı, Vbı ve Vouı'daki dalga şekilleri gözlemlenip kaydedilir. e3 (47 J.ıF )'Ü devre dışı bırakarak 5 ve 6.adımlar tekrarlanır. YRı (VR IMO) direncini rasgele değiştirerek Vb ı, Veı, Vb ı ve Vouı'daki dalga şekillerinin değişip değişmediği gözlemlenir. -+12V Ao----r--------T---------~~~D_~ VA4 R5 Tn B Q2 OUT 1 C1 TP6 -+ TP2 OUT2 R1 '- A TP1 VR3 IN step (7) dlscon nklion + c3 B block 4. Re bağlamalı kuvvetlendirici EI
2.2.1.neneyin Sonucu: Deney sonuçları Tablo i 'e kaydedilir, daha sonra kullanarak hesaplanacaktır (C) bağlı olmalıdır.). aşağıdaki ifadeleri tablodaki verileri Av _ Voı _ Ve, _, - rf, "i, - - ------------ Vb, = AV = voı = Voul ı Viı Vbı --------- Av = Vout = Vi, ----------Avs = Vout = Vin ----------Av hesaplama formülleri kullanılarak teorik ve gerçek değerler karşılaştırılır. C3 bağlı Dalga C3 şekli v;n1 Vp-p bağlı değil Dalga şekli Vp-p ~t v;"l Vbı1 ~i \öl Vd1 ~ i Vd1.1.1 Vb21 ~i,öi.1 vni ~i voi.1 Tablo 1. Deney sonuçları ~t
2.3. Deney 2: Do~rudan ba~lamalı 1- Kısa 2- VItı direnci, (VR IMO) VC1direncini voltajı 345678- devre elemanlan kuvvetlendirici 5'e göre yerleştirilecektir. Vee olacak şekilde ayarlanır. Daha sonra voltmetre kullanarak 2 (DC gerilimi) Vbıeı ve Vbıeı gerilimleri ölçülüp kaydedilecek. İşaret üretecini ve osiloskopu giriş terminaline (IN) ve osiloskopu aynı zamanda çıkış terminaline (OUT) bağlanır. İşaret üretecinin çıkışı IKHz'lik sinüs dalgasına ayarlarup osiloskopta maksimum bozunumsuz dalga şeklini görebilecek şekilde genliği adım adım artınhr. Osiloskop kuııanarak Vb ı, Vcı, Vbı ve VCı (Vout)'deki dalga şekilleri gözlemlenip kaydedilir. C3 (47 ;.ıf ),ü devre dışı bırakarak 5 adım tekrarlanır. C3 kondansatörü bağlanır ve VItı ( VR IMO) direncini rasgele değiştirerek Vb ı, Vcı, Vbı ve VOU!' daki dalga şekillerin değişip değişmediği gözlemlenir. VItı 'ü normal aralığına getirip giriş işaretinin frekansını OHz ~20KHz arasında değiştirilir. Giriş ve çıkış tenninallerindeki dalga şekilleir gözlemlenip YOU! ile farasındaki ilişki kaydedilir. +12V Ao---,---------,----------o---o R5 VR4 TP7 B OUT1 TPG C1 + TP2 0l1T2 R1 ~ R6 TP1 VR3 IN B black a 5. Doğrudan bağlamalı kuvvetlendirici 2.3.1. Deneyin sonucu: Deney sonuçları Tablo 2 ve şekil 6'ya kaydedilecektir.
C3 bağlı C3 Dalga şekli baalı deail Dalga şekli Vp-p Vp-p vml.t vml ~'1 t ~'1 vdl Vdl.t vi.t V01.t Tablo 2. Deney Aşağıdaki t.t t sonçları veriler tablo 2 ' deki veriler kullanılarak hesaplanacaktır (C) bağlı olmalıdır). = Voı = Ve ı = Viı Vb ı -----------Av = Voı = Vout = ı Vi Vb ı ı ----------Av= Vout = Av i Viı Avs = Vout Vin -------------------- = ----------- Av hesaplama formülleri kullanılarak teorik ve gerçek değerler karşılaştırılır. Avo : Vo maksimum iken Av değeri. AvfAIıo 0.707 (-3db) f 6. Frekans tepki eğrisi
2.4. Deney 3: Transformatör baglamah kuvvetlendirici 1-2345- Kısa devre elemanlannı şekil Tye göre takılacaktır. Güç kaynagı (12V) takılacaktır. İşaret üreteci ve osiloskopu giriş terminaline, 8 n 'luk direnci (taklit yük) ve osiloskopu çıkış terminaline bağlanacaktır. İşaret üretecinin çıkışını 500Hz'lik sinüs dalgasına ayarlayıp osiloskopta maksimum bozunumsuz dalga şeklini görebilecek şekilde genligi adım adım artırılır. Giriş işaretinin frekansını OHz-20kHz arasında değiştirerek Vin ile Vout'taki dalga şekilleri gözlemlenecek ve V out ile farasındaki ilişki kaydedilecektir. İşaret üretencini veya walkmanin çıkış kulaklığını giriş terminaline baglayarak çıkışta hala ses üretilip üretilmediğine bakılacaktır. + es LU TP, IN + C4 block b 7. Transformatör bağlamalı kuvvetlendirici 2.4.1 Deneyin Sonucu: Deney sonucunu Tablo 3'e kaydedilecek ve Dalga çıkış gücü hesaplanacaktır. şekli Vp-p vinl "t vml ~t Tablo3. Deney sonuçları
Maksimum bozunumsuz ÇıkıŞ güeü= Avo: Vo maksimum iken Av V 20 = p-p 8R ı ----- mw değeri. AviAva (abd) i D.707 ı~b) 8. Frekans tepki eğrisi 2.5. Deney 4: Çift Uçlu push-pull kuvvetlendirici deneyi devre elemanlarını 9'ye göre yerleştirilir. +1 2V'luk güç kaynağı bağlanır (Çıkış terminaline 8 n /1 W'lık direnç bağlanmalıdır). 2- Çalışma akımını ölçmek için A2 ampermetresi bağlanır (Ampermetreyi değiştirmek için AI ' deki kısa devre elemanı kuııanılabilir). Çalışma akıml» 20mA ise Q6 ve Q7 tranzistör1eri kolaylıkla ısınabileceği için güç kesilmeli ve devre tekrar gözden geçirilmelidir. 3- Olası yanlış bağlantıları kontrol etmenin yanı sıra güç kaynağı b a ğlı iken voltmetre kuııanılarak her bir transistorün durumları aşağıdaki analiz yöntemi ilc belirlenebilir: Vbe>O,7V transistorün B ve E terminaııeri arasında kısa devre var. Vbe ~ O.2V Vce:: OV transistorün C ve E terminaııeri arasında kısa devre var. Vbe:: O.6V Vce:: O.2V Transistor doyurnda. 4- I. ve 2.durumların söz konusu olması durumunda transistor değiştirilmelidir. 3. durumun söz konusu olması durumunda ise Vbe (lb), VR i ayarlı direnci kullanılarak 1- Kısa ayarlanmalıdır. olacak şekilde RI 6 (SVR 2M n) direnci 2 ayarlanır. Daha sonra ampermetredeki değişim gözlemlenir. 6- VRI (VRı i k n) ayarlı direncinin A2 ampermetresini ı OmA civarında bir değer gösterecek şekilde ayarlanır. 7- İşaret üretecini ve osiloskopu giriş terminaline (IN) ve osiloskopu aynı zamanda çıkış terminaline (OUT) bağlanır. 8- İşaret üretecinin çıkışını 500Hz'lik sinüs dalgasına ayarlayıp osiloskopta maksimum bozunumsuz dalga şeklini görebilecek şekilde genliği adım adım artırılır. 9- Osiloskop kuııanılarak Vb s, VCs ve Vb 6 'daki dalga şekiııeri gözlemlcnip kaydedilecek. 10- VR ı direncini On ' a getrip Y OU! çıkışındaki dalga şeklindeki geçiş bozunumu meydana gelip gelmediği gözlemlenecektir. LL- 8 n 'luk direnci kaldırarak yerine hoparlör bağlanır. Kuvvetlendiricinin girişine uygulanan işaret üretecinin çıkışını rasgele değiştirerek yuksek frekans lı veya yuksek genlikli bir işaret uygulanması sonucunda Q6 ve Q7 tranistörlerinin aşırı ısınması ile sesin 5- Ampermetreyi A i konumuna bağlayıp Vd = Vee yuksekliğinin değişiğ değişmediğine bakılacaktır.
12- Işaret üretecini çıkarıp kuvvetlendiricinin girişine parmak ile dokunulduğunda hoparlörde vızıltı meydana geldiği gözlemlenir (Giriş terminaline parmak ile dokunmak gürültüye neden olmaktadır.). 13- Walkmanin kulaklık çıkışını kuvvetlendiricinin giriş terminaline bağlanıp müzik dinlenir. +12V c. R18 R15 + IN ~14 cr TP2 R1. \n\1 8 block c 9. Çift Uçlu push-pull kuvvetlendirici 2.5.1. Deneyin Sonucu: Deneyin sonucu Tablo 4 ' e kaydedil ecek ve maksimum bozunumsuz çıkış gücü hesaplanacaktır. Statik (est ç alışma akııııı (A2) Vb5e5 Ve5 Vb6e6 Vb7e7
Dinamik Test v VIN ~-------------. t v v VBS ~---------. t VB6 v f-------------. t v Vcs t-------------. t VOUT ~------- sonuçl arı Tablo 4. Deney 2 Pout= V out(p - p) _ - 8R ı Ri = 80.. t