TC SAKARYA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ELM202 ELEKTRONİK-II DERSİ LABORATUAR FÖYÜ DENEYİ YAPTIRAN: DENEYİN ADI: DENEY NO: DENEYİ YAPANIN ADI ve SOYADI: SINIFI: OKUL NO: DENEY GRUP NO: DENEY TARİHİ RAPOR TESLİM TARİHİ KONTROL DEĞERLENDİRME Ön Çalışma Sonuçları Sözlü Performansı Raporu TOPLAM No: Program Çıktıları 18 1, 2,, 4, 5
DENEY 18 : OP-AMP LI YÜKSELTEÇ DEVRELERİ TANITIM ve AMAÇ: 1- İşlemsel yükselteçler( Op-Amp) analog elektroniğin temel taşlarından biridir. Op-Amp küçük bir entegre devredir( Integrated Circuits- IC) ve içerisinde oldukça fazla transistor ve direnç vardır, fakat bu karmaşıklık elemanların tek bir paket içerisine konulması ile kullanıcı tarafından fark edilmez. Harici olarak, bir op-amp ideale yakın özellikleri ve basit kullanılış özelliği ile çok kullanışlı devreler yapmaya yarar. Örneğin yükselteç devreleri, osilatörler ve filtre devreleri gibi. 2- Bu deneyin amacı iki farklı yükselteç devresinin montajı ve montajı yapılan devrelerin test edilmesidir. sonucunda kullanıcı op-amp ın çalışması ve kullanımı hakkında detaylı bilgi sahibi olacaktır. Laboratuarda herkes ikişerli gruplar halinde çalışacak ve her gruba birer takım devre elemanları verilecektir. Devrelerin montajı laboratuarda bulunan bread-board lar üzerine yapılacak ve her grup 1 adet osilaskop ve 1 adet dijital Avometre kullanacaktır. - sırasında yapılan ölçümler kaydedilecek ve eğer osilaskop ile yapılmışsa dalga şekilleri çizilecektir. Bu değerler kullanılarak bir sonraki haftanın laboratuar saatinde gelmek üzere bir rapor yazılacak ve rapor test sonuçlarının yanı sıra kısa bir tartışma bölümü ve sonuç bölümünüde içerecektir. YÜKSELTEÇ DEVRELERİ: Bu deneyde kullanılacak iki basit yükselteç devresi, op-amp ın kullanımı ve çalışması hakkında bilgi sahibi olmanızı sağlayacaktır. Buradan öğrenilecek bilgiler op-amp ın daha başka devrelerde kullanımı konusunda da fikir sahibi olmanızı sağlayacaktır. Çünkü temelde op-amp ın kullanım özellikleri değişmeyecektir. A. Eviren Yükselteç (Inverting Amplifier) Şekil-1 voltaj kazancı -10 olan bir eviren yükselteç devresini göstermektedir. Buradaki voltaj kazancını oranı vermektedir. Bu devrede kullanılan eleman değerleri 741 in R 1 kullanımındaki tipik değerlerdir. R direnci, temel yükselteç devresinin bir ilavesidir ve voltaj kazancını etkilemez. Görevi ideal op-amp performansından kalkışı sağlamaktır. IP 100K IC1 OP R 741 GND Şekil-1 Eviren Yükselteç Devresi 2
B. Evirmeyen Yükselteç Devresi(Non-Inverting Amplifier) : Kazancı +11 olan evirmeyen yükselteç devresinin açık şeması Şekil-2 de verilmiştir. Buradaki voltaj kazancını oranı belirlemektedir ve op-amp ın açık devre R 1 kazancından(a) bağımsızdır. R direnci eviren yükselteçte olduğu gibi voltaj kazancını etkilemez fakat girişe uygulanabilecek yüksek voltajlı sinyallerden op-amp ı koruyarak, zarar görmesini engelleyecektir. 100K IC1 IP R 741 OP GND Şekil-2 Evirmeyen Yükselteç Devresi C. Devrenin Montajı : yapacak her gruba 1 adet deney seti 1 adet 741 op-amp 2 adet 100nF (0.1MF) kondansatör 2 adet direnç 1 adet 100K direnç verilecektir. Ayrıca her grup 1 adet dijital avometre kullanacaktır. Sırası ile Şekil-1 ve Şekil-2 deki devreler bread-board lar üzerine kurulacaktır. Devrenin montajı bittiğinde açık şema üzerinde gösterilmeyen 100 nf lık kondansatörler simetrik besleme kaynağının +Vcc ile -Vee uçları ile şase (GND) arasına bağlanacaktır. Bu kondansatörlerin görevi güç kaynağından gelebilecek parazitleri şaseye aktararak, devrenin performansını korumaktır. Bu kondansatörlere güç kaynağı dekuplaj kondansatörleride denmektedir. Besleme kaynağı olarak 12V simetrik güç kaynağı kullanılacaktır. 741 entegresinin ayak bağlantıları deney yapraklarının sonunda verilecektir. D. Devrenin Test Edilmesi: 1-Devrenin test edilmesi için devre girişleri sinyal jeneratörünün çıkışlarına bağlanacaktır. Sinyal jeneratörünün çıkışı genlik kontrol düğmesinden başlangıç durumu için 0V a ayarlanacaktır. 2-Devreye besleme kaynağını bağlayarak güç düğmesini açınız. -Yükselteç çıkışını dijital voltmetre DC Volt kademesinde iken OP ve GND uçları arasından ölçünüz. Devre girişlerinde 0V giriş sinyali olduğundan çıkışta da 0 V a yakın bir değer okunması gerekmektedir. Eğer 100 mv'tan büyük bir değer okuyorsanız devrenizi kontrol ederek hatayı bulmaya çalışın.
4-Sinyal jeneratörünü 400 Hz frekans ve 1 Vp-p (tepeden tepeye) genlik değerine ayarlayınız. 5-Osilaskobun I. Kanalını amplifikatör girişine, II. Kanalını da amplifikatör çıkışlarına bağlayınız. 6-Giriş voltajının 1 Vp-p değerinde sabit kaldığından emin olduktan sonra çıkış voltajını ölçünüz ve giriş voltajı ile karşılaştırınız. Giriş çıkış voltajları arasındaki yükseltme faktörü daha önceden hesapladığınız ve olmasını beklediğiniz değerde mi? Eğer değil ise sebep ne olabilir? Çıkış sinyali ile giriş sinyali arasında faz farkı varmı? Eğer varsa bu sizin beklediğiniz bir sonuçmudur? Eğer beklemediğiniz bir sonuç ise osilaskobun INV tuşunu kontrol ediniz. 7-Şimdi sinyal jeneratörünün frekansını 10 Hz den başlayarak kademeli olarak 10 KHz e kadar arttırınız(not: her kademede sinyal jeneratörü çıkışının 1 Vp-p değerinde sabit kaldığından emin olunuz.) Giriş sinyalinin frekansını değiştirmenin çıkış sinyaline olan etkisini çıkış sinyalinin genliğini ölçerek gözlemleyiniz( bu basamaktaki her ölçüm için dalga şekli çizilmeyecek sadece ölçüm sonuçları volt olarak kaydedilecektir.) Her basamakta devrenin kazancını hesaplayarak(vo/vi), bulduğunuz değeri teorik olarak bulduğunuz değerle karşılaştırınız. Eğer arada bir fark var ise sebeplerin ne olabileceğini yazınız. 8-Şimdi giriş sinyalinin genliğini 1 Vp-p değerinde sabit tutarken frekansı 10 KHz in üzerine kademeli olarak çıkarınız. Bu durumda çıkış sinyalinde bozulmalar olduğunu görebilirsiniz(distorsiyon). Yine çıkış voltajının genliğinde de değişme beklenen bir sonuç olacaktır. Bu durumu düzeltmek için giriş sinyalinin genliğini düşürmek gerekebilir, fakat belli bir frekans değerinden sonra bununda etkili olmadığı görülecektir. Bu test 741 pratik opamp entegresinin bir dezavantajını göstermektedir. İdeal op-amp için çıkış voltajının değeri giriş sinyalinin frekans değerine bağlı olmadığı halde burada kullanılan pratik op-amp için bunun geçerli olmadığını görünüz. Ayrıca popüler bir entegre olan 741 in yüksek frekans performansının oldukça zayıf olduğunu göreceksiniz. Diğer bazı tip op-amp ların karakteristiğinin daha iyi olduğu kataloglardan bulunabilir. (Örneğin LM 56 ve LM 57). 9-Şu anda eviren op-amp için gerekli test işlemlerini tamamlamış bulunmaktasınız, şimdi aynı işlemleri evirmeyen yükselteç için tekrarlayınız. Test Sonuçlarının Değerlendirilmesi: 1-Direnç oranlarından bulduğumuz kazanç değerleri ile ölçüm yolu ile bulduğunuz kazanç değerlerini her iki devre için karşılaştırarak sonuçların ne derece sağlıklı olduğunu tartışınız. 2-Şimdi devre montajında kullandığınız dirençleri devreden çıkararak teker teker dijital ohmmetre ile değerlerini ölçerek, iki devrenin voltaj kazanç değerlerini ilgili formülleri kullanarak tekrar hesaplayınız. Sonuçlar pratikte yaptığımız ölçümler ile uyuşuyor mu? Yoksa hata oranı arttı mı? Eğer arttı ise sebep ne olabilir? -Test işlemleri sırasında yaptığınız ve frekansı değiştirmek sureti ile ölçtüğünüz çıkış voltajlarını 20log(Vo) formülünden db cinsine çevirerek, her değere karşılık gelen frekans değerini bir tablo halinde veriniz. Yine sonuçları x eksenine frekans, y eksenine db olarak çıkış voltajının değerini işaretleyerek bir grafik elde ediniz(logaritmik kağıt üzerine çizilecek). Bulduğunuz maksimum değerden db aşağıya inerek grafik üzerinde yatay bir çizgi çiziniz ve grafiği kestiği noktadan frekans düzlemine düşey bir çizgi çizerek 741 op-amp ının bant 4
genişliğini bulunuz. Bulduğunuz değer sizce iyi bir amplifikatör için yeterlimidir, değilse nedenlerini yazınız. Şekil- 741 Op-Amp Entegresinin Ayak Bağlantısı 5