elektronđk ve haberleşme laboratuarı elektronđk deneylerđ deney

YILDIZ TEKNĐK ÜNĐVERSĐTESĐ
ELEKTRONĐK ve HABERLEŞME MÜHENDĐSLĐĞĐ
BÖLÜMÜ
ELEKTRONĐK VE HABERLEŞME LABORATUARI
ELEKTRONĐK DENEYLERĐ
DENEY FÖYÜ
Đstanbul 2008
1
ÖNSÖZ
Bu kitap Yıldız Teknik Üniversitesi Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü
öğrencileri için Elektronik ve Haberleşme Laboratuarı Dersi’nde kullanılmak üzere dersin
yürütücüleri Yrd. Doç. Dr. Burcu Erkmen, Yrd.Doç Dr. Nihan Kahraman ile Elektronik
Anabilimdalı araştırma görevlileri Arş.Gör. Dr. Nergis Tural Polat, Arş. Gör. Dr. Tuba Kıyan,
Arş.Gör. Revna Acar Vural, Arş.Gör. Tankut Acar ve Arş.Gör. Oğuzhan Yavuz tarafından
hazırlanmıştır.
2
Đçindekiler
Şekil Listesi................................................................................................................. 4
Tablo Listesi ............................................................................................................... 6
Toplu Malzeme Listesi................................................................................................ 6
DENEY 1 : FARK KUVVETLENDĐRĐCĐLERĐ............................................................... 7
1.1.Genel Bilgi ......................................................................................................... 7
1.1.1.DC Analiz........................................................................................................... 7
1.1.2.AC Analiz........................................................................................................... 8
1.2. Deney Öncesi Yapılacaklar ............................................................................ 12
1.3. Deneyde Yapılacaklar..................................................................................... 12
1.4. Deney Sonu Soruları ...................................................................................... 13
1.5. DENEY 1 Sonuç Sayfası ................................................................................ 14
DENEY 2:OPAMP’LI AKTĐF FĐLTRE UYGULAMASI................................................ 15
2.1. Genel Bilgi ...................................................................................................... 15
2.1.1. Filtre Türünün Tespiti...................................................................................... 15
2.1.2. Filtre Karakteristikleri ...................................................................................... 16
2.1.2.c Band Geçiren Filtre Karakteristikleri.............................................................. 17
2.1.3. Filtre Transfer Fonksiyonları ve Devrelerinin Analizi....................................... 17
2.1.4. Filtre Tasarım Kriterleri ................................................................................... 19
2.2. Deney Öncesi Yapılacaklar ............................................................................ 20
2.3. Deneyde Yapılacaklar..................................................................................... 21
2.4. Deney Sonu Soruları ...................................................................................... 22
2.5. DENEY 2 Sonuç Sayfası ................................................................................ 23
DENEY 3 : GÜÇ KUVVETLENDĐRĐCĐLERĐ .............................................................. 25
3.1. Genel Bilgiler .................................................................................................. 25
3.1.1. A Sınıfı Güç Kuvvetlendiricisi.......................................................................... 25
3.1.2. B Sınıfı Güç Kuvvetlendiricisi.......................................................................... 27
3.1.3. AB Sınıfı Güç Kuvvetlendiricisi ....................................................................... 28
3.2. Deney Öncesi Yapılacaklar ............................................................................ 29
3.3. Deneyde Yapılacaklar..................................................................................... 29
3.4. Deney Sonu Soruları ...................................................................................... 29
3.5. DENEY 3 Sonuç Sayfasi ................................................................................ 31
DENEY 4 : GERĐBESLEMELĐ KUVVETLENDĐRĐCĐLER........................................... 32
4.1. Genel Bilgi ...................................................................................................... 32
4.1.1 Pozitif Geribesleme.......................................................................................... 33
4.1.2 Negatif Geribesleme ....................................................................................... 33
4.1.3. Geribesleme Bağlantı Türleri .......................................................................... 34
4.1.4. Geribeslemenin Giriş ve Çıkış Empedanslarına Etkisi.................................... 34
4.2. Deney Öncesi Yapılacaklar ............................................................................ 35
4.3. Deneyde Yapılacaklar..................................................................................... 35
4.4. Deney Sonu Soruları ...................................................................................... 36
4.5. DENEY 4 Sonuç Sayfası ................................................................................ 37
DENEY 5: OSĐLATÖR DEVRELERĐ......................................................................... 38
5.1. Genel Bilgi ...................................................................................................... 38
5.1.1. Faz Kaymalı RC Osilatör ................................................................................ 39
5.1.2. Schmitt Tetikleyicili Karedalga Osilatör........................................................... 40
5.1.3. Opamplı Schmitt Osilatör................................................................................ 41
5.1.4.Opamp’lı Đntegratör Devresi............................................................................. 42
3
5.2. Deney Öncesi Yapılacaklar ............................................................................ 43
5.3. Deneyde Yapılacaklar..................................................................................... 43
5.3.1 RC Osilatör Deneyi .......................................................................................... 43
5.3.2 Opamplı Schmitt Osilatör Deneyi..................................................................... 44
5.4.Deney Sonu Soruları ....................................................................................... 45
5.5. DENEY 5 Sonuç Sayfası ................................................................................ 46
ÖNEMLĐ KATALOGLAR ........................................................................................... 48
1. BC 237.............................................................................................................. 48
2. LM 324............................................................................................................... 49
3. BD 135.............................................................................................................. 50
4. BD 136.............................................................................................................. 51
5. BC108............................................................................................................... 52
4
Şekil Listesi
Şekil 1.1 Temel Fark Kuvvetlendiricisi ....................................................................... 7
Şekil 1.2 Temel Fark Kuvvetlendiricisinin AC Eşdeğer Modeli ................................... 8
Şekil 1.3 Girişlere fark işareti uygulanması durumu ................................................... 9
Şekil 1.4 Girişlere ortak işaret uygulanması durumu................................................ 11
Şekil 1.5 a.) RE Direnci ile Farksal Kuvvetlendirici.................................................... 12
b) RE Direnci Yerine Akım Aynası Kullanılarak Elde Edilen Farksal Kuvvetlendirici . 12
Şekil 1.6 Şekil 1.5.a’ daki Devreye Đlişkin Fark Modu ve Ortak Mod Çıkışı .............. 14
Şekil 1.7 Şekil 1.5.b’deki devreye ilişkin Fark Modu ve Ortak Mod Çıkışı ................ 14
Şekil 2.1 Alçak Geçiren Filtre Karakteristikleri.......................................................... 16
a) Đdeal Filtre
b) Pratik Filtre ................................................................................ 16
Şekil 2.2 Yüksek Geçiren Filtre Karakteristikleri....................................................... 16
a) Đdeal Filtre
b) Pratik Filtre ................................................................................ 16
Şekil 2.3 Band Geçiren Filtre Karakteristikleri .......................................................... 17
a) Đdeal Filtre
b) Pratik Filtre ................................................................................ 17
Şekil 2.4 Birinci Derece Alçak Geçiren Filtre............................................................ 17
Şekil 2.5 Birinci Derece Yüksek Geçiren Filtre......................................................... 18
Şekil 2.6 Band Geçiren Filtre ................................................................................... 19
Şekil 2.7 Butterworth vs. Chebyshev ....................................................................... 20
Şekil 2.8 (a) 1.Derece Alçak Geç. Filtre Dev. (b) 1.Derece Yüksek Geç. Filtre Dev.
................................................................................................................................. 21
Şekil 2.9 2.Derece Band Geçiren Filtre Devresi....................................................... 22
Şekil 2.10 Alçak Geçiren Filtre için Kazanç(dB)-Frekans eğrisi ............................... 23
Şekil 2.11 Yüksek Geçiren Filtre için Kazanç(dB)-Frekans eğrisi ............................ 24
Şekil 2.12 Band Geçiren Filtre için Kazanç(dB)-Frekans eğrisi................................ 24
Şekil 3.1 Temel A sınıfı güç kuvvetlendiricisi ........................................................... 25
Şekil 3.2 Q çalışma noktası ve statik ve dinamik yük doğruları................................ 26
Şekil 3.3 Temel B sınıfı güç kuvvetlendiricisi ........................................................... 27
Şekil 3.4 Đdeal B sınıfı kuvvetlendiricinin yük doğrusu ve alternatif çıkış.................. 27
akım – gerilimleri ...................................................................................................... 27
Şekil 3.5 Push pull B sınıfı kuvvetlendirici ................................................................ 28
Şekil 3.6 A Sınıfı Kuvvetlendirici Deney Devresi ...................................................... 30
Şekil 3.7 B Sınıfı Kuvvetlendirici Deney Devresi ...................................................... 30
Şekil 3.8 AB Sınıfı Kuvvetlendirici Deney Devresi.................................................... 30
Şekil 3.9 A sınıfı kuvvetlendiricinin giriş ve çıkış işaretleri........................................ 31
Şekil 3.10 Eşlenik transistörlü Push-Pull B sınıfı kuvvetlendiricinin giriş ve çıkış
işaretleri .................................................................................................................... 31
Şekil 3.11 Geçiş distorsiyonu düzeltilmiş AB sınıfı Push-Pull kuvvetlendirici devresi
giriş ve çıkış işaretleri ............................................................................................... 31
Şekil 4.1 Geribeslemeli sistemin genel blok diyagramı ............................................ 32
Şekil 4.2 Geribeslemeli (Af) ve geribeslemesiz kuvvetlendirici (Ao) kazanç-frekans
karakteristiği ............................................................................................................. 34
Şekil 4.3 Deney devresi ........................................................................................... 35
Şekil 4.4 Geribeslemesiz devrenin kazancı.............................................................. 37
Şekil 4.5 Geribeslemeli devrelerin kazançları .......................................................... 37
Şekil 5.1 Ortak Emetörlü Yükselteç Devresi............................................................. 39
Şekil 5.2 RC faz kaymalı osilatör devresi ................................................................. 39
5
Şekil 5.3 RC Faz Kaymalı Osilatör Devresi.............................................................. 40
Şekil 5.4 Schmitt Tetikleyici Histerezis Karakteristiği ............................................... 40
Şekil 5.5 Schmitt Tetikleyicili Osilatör Devresi.......................................................... 41
Şekil 5.6 Opamplı Schmitt Kare Dalga Osilatörü...................................................... 41
Şekil 5.7 Opamp’lı Schmitt Tetikleyici histerezis eğrisi............................................. 42
Şekil 5.8 Opamp’lı integratör devresi ....................................................................... 42
Şekil 5.9 Opamp’lı Schmitt Osilatör devresi ............................................................. 44
Şekil 5.10 Opamp’lı integratör devresi ..................................................................... 44
Şekil 5.11 Đntegratörlü üçgen ve sinüs üreteci.......................................................... 45
Şekil 5.12 Osilatör çıkış işareti ................................................................................. 46
Şekil 5.13 A, B, C noktalarındaki işaretler................................................................ 46
Şekil 5.14 Schmitt osilatörden elde edilen minimum ve maksimum çıkış frekansları 47
Şekil 5.15 Schmitt osilatör ile kare-üçgen-sinüs osilatör sonuçları........................... 47
6
Tablo Listesi
Tablo 1.1 Farksal kuvvetlendiricinin kazanç ve CMRR ifadelerinin karşılaştırılması. 14
Tablo 2.1 Alçak Geçiren Filtrenin Kazanç Frekans Eğrisi için Elde Edilen Değerler. 23
Tablo 2.2 Yüksek Geçiren Filtrenin Kazanç Frekans Eğrisi için Elde Edilen Değerler
................................................................................................................................. 23
Tablo 2.3 Band Geçiren Filtrenin Kazanç Frekans Eğrisi için Elde Edilen Değerler . 24
Tablo 3.1 Güç Kuvvetlendiricileri Arasındaki Karşılaştırma ...................................... 31
Tablo 4.1 Geribesleme Bağlantı Türlerine Göre Giriş Ve Çıkış Empedanslarının
Hesaplanması........................................................................................................... 34
Tablo 4.2 Ölçüm sonuçları........................................................................................ 37
Tablo 5.1 Çıkış işaretinin tepeden tepeye değerini ve frekansı ................................ 46
Tablo 5.2 Hesaplanan osilasyon frekansı ile ölçülen osilasyon frekansının
karşılaştırılması ........................................................................................................ 46
Tablo 5.3 Osilatörün çıkış işareti ve transistörün bazındaki işaret arasındaki faz farkı
................................................................................................................................. 46
Toplu Malzeme Listesi
Direnç : 1x 22kΩ, 2 x 12kΩ, 1 x 11kΩ, 3 x 10kΩ, 5 x 1kΩ, 2 x 15kΩ, 2 x 7.5 kΩ, 2 x
110kΩ, 2 x 1.5kΩ, 1 x 24Ω, 4 x 120Ω (1/2watt), 2 x 1.2kΩ, 1 x 2.2kΩ,1 x 180kΩ, 1 x 27kΩ,
1 x 270Ω, 1 x 3.9kΩ, 3 x 5.6kΩ, 1 x 33kΩ, 1 x 68kΩ, 1 x 270kΩ, , 1 x 3.3kΩ, 1 x 6.8kΩ,
1 x 560Ω, 1 x 1kΩ POT, 1 x 10kΩ POT.
Kapasite: 2 x 10 nF, 2 x 4.7 nF, 2x1µf, 1x4.7µf, 1 x 1µf, 1 x 10µf, 3 x10nF, 1 x 47nF,
2 x 100nF, 1 x 1µF, 1 x 10µF, 1 x 47µF
Diyot : 2x1N4001
Transistör : 6 x BC237, 2 x BD135, 2 x BD136, 4 x BC108
Entegre: 1adet LM324
7
DENEY 1 : FARK KUVVETLENDĐRĐCĐLERĐ
Malzeme Listesi :
Transistör : 4xBC237
Direnç : 1x22kΩ, 2x12kΩ, 1x11kΩ, 2x10kΩ, 2x1kΩ
Amaç:
1) Fark kuvvetlendiricisine ait DC ve AC analizlerin yapılarak DC çalışma noktasının
bulunması, ortak işaret ve fark işaret kazancının, ortak zayıflatma oranının bulunması
2) Akım aynasının kazanca etkisinin incelenmesi.
1.1.Genel Bilgi
Fark kuvvetlendiricileri genel olarak girişindeki AC işaret farkını yükselten
kuvvetlendiricilerdir. Fark yükselteci devresinin özellikle yüksek kazançlı kuvvetlendiricilerin
giriş katı olarak kullanılmasına neden olan çok yararlı çeşitli özellikleri mevcuttur.
Kuvvetlendiricinin simetrik olması nedeniyle eş özellikli transistörler seçerek (genellikle bu
transistörler aynı silisyum kırmık üzerinde gerçeklenirler) oldukça kararlı ve sürüklenmelere
dayanıklı devreler oluşturulabilir. Çıkışta görülmek istenen işaret büyük genlikli bir ortak DC
gerilime sahip iki uçtan gelen işaretin farkı ise bu devre idealdir. OPAMP devreleri de kaskat
bağlanmış fark yükselteçleri kullanarak tasarlanır. Böylece oldukça kararlı ve yüksek kazançlı
kuvvetlendiriciler elde edilir.
Şekil 1.1 Temel Fark Kuvvetlendiricisi
Şekil 1.1’deki fark kuvvetlendiricisi devresindeki transistörlerin çalışma noktalarını
bulmak için DC analiz yapılmalıdır.
1.1.1.DC Analiz
Çıkış akımı ve gerilimlerini bulmak için gerekli olan denklemler aşağıda verilmiştir.
V1 = V2 = 0
(1.1)
8
VBE + I T R E − VEE = 0
IT =
VEE − VBE
RE
(1.2)
(1.3)
I E = I B + I C = (1 + β)I B
(1.4)
I T = 2I E ≅ 2I C
(1.5)
IC =
VEE - VBE
(1.6)
2R E
Çıkış Gerilimleri:
V − VBE
Vo1 = Vo2 = VCC − IC R C = VCC − ( EE
)R C
2R E
(1.7)
Vod = Vo1 − Vo2 = 0
(1.8)
Đdeal bir fark kuvvetlendiricisinde girişler “0” iken çıkış gerilimleri arasındaki fark (VOD) “0”
olmalıdır.
1.1.2.AC Analiz
Devrenin AC modeli Şekil 1.2’de verilmiştir.
Şekil 1.2 Temel Fark Kuvvetlendiricisinin AC Eşdeğer Modeli
Kullanılan transistörler eşdeğer yapıda olduğu için gm1=gm2; rπ1= rπ2 ‘dir.

IC
β 
ve rπ =
g m =

VT
gm 

Giriş işaretleri arasındaki farka “giriş fark işareti” denir. Vid ile gösterilir.
Vid = V1 − V2
Giriş işaretlerinin ortalama değerine “giriş ortak işareti” denir. Vic ile gösterilir.
(1.9)
(1.10)
9
V1 + V2
2
Devrenin çalışmasını ikiye ayırabiliriz.
1- V1 = -V2 haline fark işareti denir.
2- V1 = V2 haline ortak işaret denir.
Vic =
(1.11)
1.1.2.a. Giriş Đşaretinin Fark Đşareti Olması Durumu
V1 = − V2
(1.12)
V1 = Va (t)
V2 = − Va (t)
(1.13)
(1.14)
Bu durumda Vic ve Vid aşağıda gösterildiği gibi olur.
V1 + V2
=0
2
Vid = V1 − V2 = 2Va (t)
Vic =
(1.15)
(1.16)
Fark işareti uygulanması durumunda fark kuvvetlendiricisi devresinin eşdeğer modeli Şekil
1.3’de verilmiştir.
Şekil 1.3 Girişlere fark işareti uygulanması durumu
E noktası için:
g π Vπ1 + g m Vπ1 + g m Vπ 2 + g π Vπ 2 = G E Ve
Vid
V
+ Vπ1 + Ve = 0 ⇒ Vπ1 = id − Ve
2
2
Vid
V
+ Vπ 2 + Ve = 0 ⇒ Vπ 2 = − id − Ve
2
2
−
(1.17)
(1.18)
(1.19)
10
Vπ1 + Vπ 2 = −2Ve
(1.20)
(Vπ1 + Vπ 2 )(g π + g m ) = G E Ve
(1.21)
(2g π + 2g m + G E )Ve = 0
(1.22)
Burada eşitsizliğin sağlanması için (2g π + 2g m + G E ) ≠ 0 olduğundan Ve = 0 olmalıdır.
Vid
V
− Ve = id
2
2
V
V
Vπ 2 = − id − Ve = − id
2
2
Vπ1 =
(1.23)
(1.24)
Devrenin çıkış gerilimleri aşağıda verilmiştir.
Vo1 = −g m Vπ1R C = −g m R C
Vid
R V
= − C id
2
re 2
(1.25)
V
R V
Vo 2 = −g m Vπ 2 R C = g m R C id = C id
2
re 2
Buradaki re değeri transistörün geçiş direncidir ve büyüklüğü re =
(1.26)
VTH
’dir.
IC
Çıkış fark işareti Vod = V1- V2 olduğuna göre
Vod = −
R C Vid R C Vid
R
−
= − C Vid olarak bulunur.
re 2
re 2
re
Fark işaret kazancı (Add) ise aşağıda verilmiştir.
A dd =
Vod
Vid
=−
Vic = 0
RC
re
(1.27)
1.1.2.b Giriş Đşaretinin Ortak Đşaret Olması Durumu
V1 = V2
V1 = Vb (t)
V2 = Vb (t)
(1.28)
(1.29)
(1.30)
Bu durumda Vic ve Vid aşağıda gösterildiği gibi olur.
Vic =
V1 + V2
= Vb (t)
2
(1.31)
11
Vid = V1 − V2 = 0
(1.32)
Ortak işareti uygulanması durumunda fark kuvvetlendiricisi devresinin eşdeğer modeli Şekil
1.4’de verilmiştir.
Şekil 1.4 Girişlere ortak işaret uygulanması durumu
Vic = i b [ rπ + 2(1 + β)R E ] = Vb (t)
ib =
Vb (t)
rπ + 2(1 + β)R E
(1.33)
(1.34)
Devrenin çıkış gerilimleri aşağıda verilmiştir.
Vo1 = Vo2 = −β i b R C = −
β R C Vb (t)
β R C Vic
=−
rπ + 2(1 + β)R E
rπ + 2(1 + β)R E
Çıkış ortak işareti Voc =
Vo1 + Vo2
= Vo1 = Vo2 olur.
2
(1.35)
Ortak işaret kazancı (Acc) ise aşağıda verilmiştir.
A cc =
Voc
Vic
=−
Vid = 0
βR C
RC
≅−
rπ + 2(1 + β)R E
re + 2R E
(1.36)
Đdeal bir fark kuvvetlendiricisinde ortak işaret kazancı (Acc) sıfırdır. Fark işaret
kazancının (Add), ortak işaret kazancına oranına “Ortak Đşaret Zayıflatma Oranı (Common
Mode Rejection Ratio, CMRR)” denir. Fark yükselteçlerinin yaygın kullanılan bir performans
ölçütü olan CMRR şu şekilde tanımlanır:
CMRR =
Ad
Ac
(1.37)
Yukarıdaki formülden de görüldüğü üzere CMRR değerinin büyük olması için RE
direncini büyütmek gerekir, ancak RE direnci arttırılırsa aynı IE akımı ile devreyi sürebilmek
12
için gereken besleme gerilimi değeri çok artacaktır. Bu nedenle devrede RE direnci yerine
sabit akım kaynağı görevi gören akım aynası (Şekil1.5) kullanılır.
(a)
(b)
Şekil 1.5 a.) RE Direnci ile Farksal Kuvvetlendirici
b) RE Direnci Yerine Akım Aynası Kullanılarak Elde Edilen Farksal Kuvvetlendirici
Doğru akım kaynağı küçük işaretler için yüksek direnç göstereceğinden (açık devre gibi
düşünülebilir) akım aynası kullanılan devrede VEE gerilimini arttırmaya gerek olmadan
yüksek CMRR elde edilebilir.
1.2. Deney Öncesi Yapılacaklar
1. Şekil 1.5a ve 1.5.b’ deki fark kuvvetlendiricisinin AC eşdeğer devrelerini ve çalışma
prensiplerini gözden geçiriniz.
2. Şekil 1.5a ve 1.5.b’ deki devrenin kazanç ifadelerini (Add ve Acc ) ve CMRR değerlerini
föyde verilen bilgileri kullanarak hesaplayınız. Hesaplamalarınız için SPICE programı
kullanabilirsiniz. Bu hesapladığınız değerleri deney sonunda bulduğunuz ölçüm
sonuçlarıyla karşılaştıracaksınız.
Not: Teorik hesaplama sırasında akım aynalı yapı için Acc değerini “0” olarak alabilirsiniz.
1.3. Deneyde Yapılacaklar
1. Şekil 1.5.a’daki devreyi kurunuz. + ve – besleme gerilimlerini dikkatli bağlayınız, DC
kaynakların ve devrenizin toprak bağlantısının neresi olduğuna dikkat ediniz.
2. Devrenin Vi1 ve Vi2 girişlerine fark işareti (a) uygulayınız.
a. Vi1 = 10mV.sin(2π.103.t)
Vi2 = 0V
13
Farksal çıkış gerilimini (Vo1-Vo2) ölçerek kazancı (Add) ölçümlerinize göre bulunuz.
Not: Fark işaretini ölçerken 1 probun 2 ucu çıkış noktalarına bağlanacaktır.
3. Devrenin Vi1 ve Vi2 girişlerine ortak işaret (b) uygulayınız.
b. Vi1 = Vi2 = 10mV.sin(2π.103.t)
Ortak çıkış gerilimini (Vo1 veya Vo2 ) ölçerek kazancı (Acc) ölçümlerinize göre bulunuz.
4. Devrenin CMRR oranını ölçüm değerlerinden yararlanarak hesaplayınız ve ilgili tabloyu
doldurunuz.
5. Şekil 1.5.b’deki devre ile yukarıdaki adımları tekrarlayınız.
1.4. Deney Sonu Soruları
1. CMRR değerinin büyük olmasının önemi nedir? Açıklayınız.
2. Akım aynasının Add, Acc ve CMRR değerine etkisi ne olmuştur?
3. Şekil 1.5.b için bulunan CMRR değerini, Şekil 1.5.a’ da olduğu gibi akım kaynağı yerine
dirençle sağlayabilmek için gerekli VEE gerilimini hesaplayınız.
14
1.5. DENEY 1 Sonuç Sayfası
Şekil 1.6 Şekil 1.5.a’ daki Devreye Đlişkin Fark Modu ve Ortak Mod Çıkışı
Şekil 1.7 Şekil 1.5.b’deki devreye ilişkin Fark Modu ve Ortak Mod Çıkışı
Tablo 1.1 Farksal kuvvetlendiricinin kazanç ve CMRR ifadelerinin karşılaştırılması
Ad
Ac
CMRR
Teorik Hesaplama
Deneysel Ölçüm
Şekil 1.5.a
Şekil 1.5.a
Şekil 1.5.b
Şekil 1.5.b
15
DENEY 2:OPAMP’LI AKTĐF FĐLTRE UYGULAMASI
Amaç: 1. dereceden alçak geçiren filtre, yüksek geçiren filtre ve 2 .dereceden band geçiren
filtrelerin aktif elemanlar ile gerçeklenmesi.
Malzeme Listesi:
Opamp: 1 x LM324
Direnç: 2 x 15kΩ, 2 x 7.5kΩ
Kapasite: 2 x 10 nF, 2 x 4.7 nF
2.1. Genel Bilgi
Elektrik devrelerinde çok kullanışlı yapılar olan analog devrelerin başında filtreler gelir.
Filtre yapıları elektriksel işaretlerin frekans spektrumlarına biçim vermek amacıyla kullanılan
devrelerdir. Pasif R, L, C elemanlarıyla gerçekleştirilen bu devreler aynı zamanda aktif
elemanlarla (transistör, opamp vs.) birlikte sadece R veya C elemanları veya bunların her
üçünü birden kullanarak da gerçekleştirilebilir.
Filtreler elektronik ve haberleşme sistemlerinde oldukça geniş bir uygulama alanı
bulmaktadır. Özellikle, sisteme uygulanan frekanslardan yalnızca istenenlerinin geçirilmesi
amacıyla kullanılırlar. Gerçeklenen transfer fonksiyonunun frekansla değişimine bağlı olarak
alçak geçiren, yüksek geçiren, band geçiren, band söndüren türden filtreler söz konusudur.
Kesim frekansı, kalite faktörü, geçirme bandı kazancı ise önemli filtre parametrelerindendir.
Pasif filtrelerde direnç, kapasite ve bobin kullanılır. RC filtrelerinde transfer fonksiyonunun
kökleri reel olur. Bu tip filtrelerde değer katsayısının küçük olduğu görülür. Büyük kalite
faktörü elde edilmek istendiğinde LC filtreleri kullanmak daha uygun olur. Ancak düşük
frekanslarda gerekli bobin indüktanslarının büyük olması gerekeceğinden hem devrenin
kapladığı alan hem de maliyet artar. Bu nedenle düşük frekanslarda daha çok aktif filtreler
tercih edilir.
Aktif filtrelerin en önemli avantajları küçük ve hafif olmalarıdır. Ayrıca güvenirlikleri
yüksek, seri üretim nedeniyle ucuz ve küçük boyutları nedeniyle de parazitleri düşüktür. Buna
karşın, aktif elemanın sonlu band genişliği nedeniyle erişilebilecek kutup frekansları sınırlıdır.
Ayrıca filtre karakteristiğinin keskinliğini belirleyen kalite faktörü ile kutup frekansı ters
orantılıdır. Dolayısıyla optimum bir çözümün bulunması söz konusudur. Bunun dışında aktif
filtrelerde, karakteristiklerinin eleman değerlerindeki değişimlere duyarlığı daha yüksektir ve
aktif eleman nedeniyle ayrıca bir besleme devresi gerektirirler.
2.1.1. Filtre Türünün Tespiti
Genel olarak filtre transfer
fonksiyonlarının limitini s → ∞ ve s → 0 için alarak ne tür
filtreye ait oldukları bulunabilir. AGF’nin transfer fonksiyonunu limit işlemi uygulanırsa;
K
K
lim H AGF ( s ) = lim
=
=A
(2.1)
s →0
s →0 s + w
0 + wc
c
lim H AGF ( s) = lim
s → wc
s → wc
K
K
=
= 0.707 A
s + wc wc + wc
(2.2)
K
K
=
=0
(2.3)
s →∞
s →∞ s + w
∞ + wc
c
Burada A filtrenin maksimum kazancıdır. Limit işleminden görüldüğü gibi yüksek
frekanslarda filtrenin kazancı sıfır olmakta, düşük frekanslarda ise maksimum kazanca
lim H AGF ( s ) = lim
16
ulaşmaktadır. Diğer filtrelerin transfer fonksiyonlarına basit bir limit işlemi ile analiz
edilebilir.
2.1.2. Filtre Karakteristikleri
2.1.2.a Alçak Geçiren Filtre Karakteristikleri
Alçak geçiren filtre yapısında 0 Hz ile kesim frekansı ( f H ) arasında sabit bir kazanç
vardır (genellikle birim kazanç). Kesim frekansında, alçak frekans kazancı 3 dB azalır. 0 Hz
ile kesim frekansı ( f H ) arasındaki frekanslar band geçirme frekansı, f H ’dan büyük frekanslar
ise band söndürme frekansıdır. Band söndürme frekansında kazanç oldukça azalır.
(a)
Şekil 2.1 Alçak Geçiren Filtre Karakteristikleri
a) Đdeal Filtre b) Pratik Filtre
(b)
2.1.2.b Yüksek Geçiren Filtre Karakteristikleri
Yüksek geçiren filtre yapısında kesim frekansından ( f L ) daha büyük frekanslarda sabit
bir kazanç vardır (genellikle birim kazanç). Kesim frekansında, yüksek frekans kazancı 3dB
azalır. 0 Hz ile kesim frekansı ( f L ) arasındaki frekanslar band söndürme frekansı, f L ’den
büyük frekanslar ise band geçirme frekansıdır. Band söndürme frekansında kazanç oldukça
azalır.
Şekil 2.2 Yüksek Geçiren Filtre Karakteristikleri
a) Đdeal Filtre b) Pratik Filtre
17
2.1.2.c Band Geçiren Filtre Karakteristikleri
Band geçiren filtre, sadece belirli frekans aralığını geçirir, diğerlerini söndürür. Band
geçirme aralığı, kesim frekansları ( f H , f L ) arasında kalan bölgeyi ifade eder. Filtrenin band
genişliği ( β = f H − f L ) olarak ifade edilir.
Şekil 2.3 Band Geçiren Filtre Karakteristikleri
a) Đdeal Filtre b) Pratik Filtre
2.1.3. Filtre Transfer Fonksiyonları ve Devrelerinin Analizi
2.1.3.a 1.Dereceden Alçak Geçiren Filtre: Birinci dereceden alçak geçiren filtrenin transfer
fonksiyonu aşağıda verilmiştir.
H AGF ( s ) =
K
s + wc
(2.4)
Burada K kazanç, wc AGF’nin kesim frekansıdır.
Şekil 2.4’de verilen alçak geçiren filtrenin analizi yapılıp, transfer fonksiyonu devre
elemanlarına bağlı olarak elde edilmiştir.
Şekil 2.4 Birinci Derece Alçak Geçiren Filtre
18
1
Vo
R2 C
(s) = −
1
Vi
s+
R1C
Burada
K=
1
R2C
(2.5)
ve
1
R1C
wc =
eşitlikleri bulunabilir.
2.1.3.b 1. Dereceden Yüksek Geçiren Filtre: Birinci dereceden yüksek geçiren filtrenin
transfer fonksiyonu aşağıda verilmiştir.
s
H YGF ( s ) = K
(2.6)
s + wc
Burada K kazanç, wc YGF’nin kesim frekansıdır.
Şekil 2.5’de verilen alçak geçiren filtrenin analizi yapılıp, transfer fonksiyonu devre
elemanlarına bağlı olarak elde edilmiştir.
Şekil 2.5 Birinci Derece Yüksek Geçiren Filtre
Vo
R
( s) = − 1
Vi
R2
Burada
R
K= 1
R2
ve
s
s+
1
R2 C
1
wc =
R2C
(2.7)
eşitlikleri bulunabilir.
2.1.3.c Band Geçiren Filtre : Đkinci derece bir band geçiren filtrenin genel ifadeyle transfer
fonksiyonu aşağıda verilmiştir.
H BGF ( s ) = K
βs
s + βs + wo2
(2.8)
2
Burada K kazanç,
β
band genişliği ve
wo
BGF’nin merkez frekansıdır. Band genişliği
β=
wo
Q
olarak tanımlıdır. Burada Q kalite faktörüdür. Kalite faktörü ne kadar büyük olursa devrenin
band genişliği azalacak, kazancı artacaktır.
19
Şekil 2.6 Band Geçiren Filtre




Vo
1 
1
s

( s) = −
1
1 
Vi
R2 C1 
s + R C s + R C 
2 2
1 1 

(2.9)
ya da
1
s
Vo
R2 C1
(s) = −
Vi
 1
1 
1
s +
s 2 + 
+

R1 R2 C1C 2
 R2 C 2 R1C1 
(2.10)
Burada alt kesim frekansı ( f L ), üst kesim frekansı ( f H ) ve band genişliği ( β ) aşağıdaki
eşitlikler ile bulunabilir.
fH =
1
2πR1C1
(2.11)
fL =
1
2πR2C 2
(2.12)
β = fH − fL
(2.13)
2.1.4. Filtre Tasarım Kriterleri
2.1.4.a Kazanç (Band-pass gain)
Aktif filtreler kullanılarak 1’den yüksek kazanç elde etmek mümkündür. Birçok aktif
filtre yapısı filtrenin kazancını belirleyen kazanç katsayısı içerirler. Düz band geçirme
kazancına sahip filtreler sıklıkla kullanılır. Bu karakteristiğe sahip filtreler, Butterworth filtre
olarak adlandırılır. Diğer bir sınıf olan Chebyshev filtreler ise band geçirme kazancında
dalgalanmaya (ripple, overshoot) sebep olurlar.
20
Şekil 2.7 Butterworth vs. Chebyshev
2.1.4.b Kesim frekansları (Cut-off frequencies)
Kesim frekansları (fH, fL) filtre devresindeki kapasite ve direnç değerleri ile belirlenir.
2.1.4.c Frekans eğrisinin düşme eğimi (Roll-off rate)
Frekans eğrisinin düşme eğimi, filtre kazancının band söndürme bölgesindeki değişim
oranıdır. Bu oranın yüksek olması, frekans seçimini iyileştirmesini sağlar. Şekil 2.4’te de
görüldüğü üzere Chebyshev filtre yapısında bu oran Butterworth filtre yapısına göre daha
yüksektir. Frekans eğrisinin düşme eğimini, filtrenin derecesi belirler. Örneğin, 1. derece
filtrede 20dB/decade değerinde bir eğim varken, 2.derece bir filtrede bu değer 40dB/decade
olur.
2.1.4.d Kalite Faktörü (Quality Factor)
Band geçiren filtreler için Q (kalite faktörü), merkez frekansın ( f o ), band genişliğine ( β )
oranıdır.
Q=
fo
β
2.14
Alçak geçiren ve yüksek geçiren filtreler için Q, kutup kalitesini gösterir. Yüksek kalite
faktörleri grafiksel olarak 0 dB çizgisi ile filtrenin kazanç cevabının tepe noktası arasındaki
mesafe olarak gösterilebilir. Q en düşük 1 olarak seçilir.
2.2. Deney Öncesi Yapılacaklar
1. Deneye gelmeden önce LM324 kataloğunu inceleyiniz.
2. Şekil 2.8 ve şekil 2.9’da verilen devrelerin SPICE programı kullanılarak aşağıda istenen
simülasyonlarını gerçekleyiniz.
3. AC analiz yapılarak alçak ve yüksek geçiren filtrelerin kesim frekansını ve maksimum
çıkış genliğini, band geçiren filtrenin merkez frekansını, band genişliğini ve maksimum çıkış
genliğini bulup not alınız.
21
2.3. Deneyde Yapılacaklar
1- Alçak Geçiren Filtre
1. Şekil 2.8’de verilen 1. devreyi kurunuz.
2. Devrenin girişine Vinp-p=20mV uygulayınız. Devredeki Opamp‘lar için besleme
gerilimleri ±12V’dur.
3. Devrenin kesim frekansını bulunuz. Giriş işaretinin frekansını tabloda verilen değerlere
göre ayarlayınız. Osiloskop ekranında gözlemlediğiniz değerlere göre Tablo 2.1’i doldurunuz.
4. Elde ettiğiniz değerlere göre kazanç(dB)-frekans eğrisini çiziniz (Şekil 2.10).
2- Yüksek Geçiren Filtre
1. Şekil 2.8’de verilen 2. devreyi kurunuz.
2. Devrenin girişine Vinp-p=20mV uygulayınız. Devredeki Opamp‘lar için besleme
gerilimleri ±12V’dur.
3. Devrenin kesim frekansını bulunuz. Giriş işaretinin frekansını tabloda verilen değerlere
göre ayarlayınız. Osiloskop ekranında gözlemlediğiniz değerlere göre Tablo 2.2’yi
doldurunuz.
4. Elde ettiğiniz değerlere göre kazanç(dB)-frekans eğrisini çiziniz (Şekil 2.11).
3- Band Geçiren Filtre
1. Şekil 2.9’de verilen devreyi kurunuz.
2. Devrenin girişine Vinp-p=20mV uygulayınız. Devredeki Opamp’lar için besleme
gerilimleri ±12V’dur.
3. Devrenin merkez, alt ve üst kesim frekanslarını bulunuz. Giriş işaretinin frekansını tabloda
verilen değerlere göre ayarlayınız. Osiloskop ekranında gözlemlediğiniz değerlere göre Tablo
2.3’ü doldurunuz.
4. Elde ettiğiniz değerlere göre kazanç(dB)-frekans eğrisini çiziniz (Şekil 2.12).
(a)
(b)
Şekil 2.8 (a) 1.Derece Alçak Geç. Filtre Dev. (b) 1.Derece Yüksek Geç. Filtre Dev.
22
Şekil 2.9 2.Derece Band Geçiren Filtre Devresi
2.4. Deney Sonu Soruları
1. Pasif ve aktif filtre devrelerinin birbirlerine göre avantaj ve dezavantajlarını sıralayınız.
2. Endüktans elemanının özelliklerini sıralayarak devre içinde kullanımının avantajları ve
dezavantajlarını belirtiniz.
3. Alçak geçiren filtre devrelerinin uygulama alanlarını araştırınız.
4. Band geçiren filtre devrelerinin uygulama alanlarını araştırınız.
5. Band söndüren filtre devrelerinin uygulama alanlarını araştırınız.
6. Yüksek dereceli alçak geçiren elde etmek için daha düşük dereceli alçak geçiren filtreler
nasıl bağlanabilir?
7. Alçak geçiren filtre kullanarak band geçiren filtre elde etmek için ne yapılmalıdır,
açıklayınız.
8. Đdeal bir Opamp’ın giriş ve çıkış dirençleri nedir?
9. Opamp kullanarak integratör ve türev alıcı yapıları tasarlayınız. Transfer fonksiyonlarını
belirtiniz.
23
2.5. DENEY 2 Sonuç Sayfası
Tablo 2.1 Alçak Geçiren Filtrenin Kazanç Frekans Eğrisi için Elde Edilen Değerler
Şekil 2.10 Alçak Geçiren Filtre için Kazanç(dB)-Frekans eğrisi
Tablo 2.2 Yüksek Geçiren Filtrenin Kazanç Frekans Eğrisi için Elde Edilen Değerler
24
Şekil 2.11 Yüksek Geçiren Filtre için Kazanç(dB)-Frekans eğrisi
Tablo 2.3 Band Geçiren Filtrenin Kazanç Frekans Eğrisi için Elde Edilen Değerler
Şekil 2.12 Band Geçiren Filtre için Kazanç(dB)-Frekans eğrisi
25
DENEY 3 : GÜÇ KUVVETLENDĐRĐCĐLERĐ
Amaç : A, B, AB sınıfı kuvvetlendiricilerin incelenmesi ve gerçeklenmesi.
Malzeme Listesi :
Transistör : 1xBC237, 1xBD135, 1xBD136
Diyot : 2x1N4001
Direnç : 2x110kΩ, 2x10kΩ, 2x1,5kΩ, 1x24Ω, 4x120Ω (1/2watt), 2x1,2kΩ, 1x2,2kΩ
Kondansatör : 2x1µf, 1x4.7µf
3.1. Genel Bilgiler
Kuvvetlendiriciler, kuvvetlendirdikleri elektriksel büyüklüğün boyutuna göre gruplanır.
Buna göre gerilim, akım ve güç kuvvetlendiricisi olmak üzere üç grup kuvvetlendirici vardır.
Güç kuvvetlendiricilerinde yüke aktarılan güç önemlidir. Devrede oluşan kayıplar nedeni
ile kaynaktan çekilen gücün tamamı yüke aktarılamaz. Yüke aktarılan güç PY ve kaynaktan
çekilen güç PDC ile gösterilsin. Yüke aktarılan gücün, kaynaktan çekilen güce oranına verim
denir ve η ile gösterilir.
η=
PY
PDC
(3.1)
Devrede harcanan güç nedeni ile verim %100’den küçüktür.Güç kuvvetlendiricileri
girişteki sinüzoidal işarete karşılık transistör üzerinden akan akımın akış açısına bağlı olarak
sınıflara ayrılır.
3.1.1. A Sınıfı Güç Kuvvetlendiricisi
Şekil 3.1 Temel A sınıfı güç kuvvetlendiricisi
A sınıfı çalışmada giriş işaretinin iki yarı periyodu da kuvvetlendirilerek yüke aktarılır (Şekil
3.2).
26
Şekil 3.2 Q çalışma noktası ve statik ve dinamik yük doğruları
Şekil 3.1’deki devreyi incelersek:
VCC − VBE
, IC = β I B , VCE = VCC − IC R L
(3.2)
RB
Yüke aktarılan işaretin maksimum genlikli olabilmesi için çalışma noktasında
V
1
VCE = VCC seçilmelidir. Bu durumda çalışma noktasında kollektör akımı IC = CC olur.
2
2R L
V
V
Yani VCEQ = CC , ICQ = CC ’dir.
2
2R L
IB =
PDC (kaynaktan çekilen DC güç) = VCC ICQ
2
VCC VCC
= VCC .
=
2R L 2R L
PY (yüke aktarılan gücün ortalama değeri) =
1
2π
2π
∫ (i)
0
2
(3.3)
 1 2π 2 
R L dα = R L . 
( i ) dα 
2π ∫0
14
4244
3
(3.4)
sinuzoidal isaretin
effektif degerinin
karesi
2
R I2
I 
PY = R L  m  = L m
2
 2
V
V
I m = m = CC
R L 2R L
(3.5)
(3.6)
2
V2
R V 
PY = L  CC  = CC
2  2R L  8R L
(3.7)
PY 1
= = %25
PDC 4
(3.8)
η=
27
3.1.2. B Sınıfı Güç Kuvvetlendiricisi
Temel bir B sınıfı güç kuvvetlendiricisi Şekil 3.3’te verilmiştir. B sınıfı çalışmada çıkış
akımının akış açısı θ = 180o dir. Buna göre girişe alternatif bir işaret uygulandığında işaretin
bir yarı periyodu kuvvetlendirilerek yüke güç aktarılmaktadır (Şekil 3.4). Vi = 0 iken akım
akmaz. Bu nedenle verim A sınıfına göre daha yüksektir.
Şekil 3.3 Temel B sınıfı güç kuvvetlendiricisi
Şekil 3.4 Đdeal B sınıfı kuvvetlendiricinin yük doğrusu ve alternatif çıkış
akım – gerilimleri
B sınıfı çalışmada sadece bir yarı periyot kuvvetlendirildiği için distorsiyon yüksektir.
Giriş işaretinin tümünü kuvvetlendirmek için 2 transistörlü yapı kullanılır (Şekil 3.5).
28
Şekil 3.5 Push pull B sınıfı kuvvetlendirici
Şekil 3.5’deki devreyi incelersek:
Vi = 0
Vi > VBE
iken T1 ve T2 kesimdedir, V0 = 0
iken T1 iletimdedir,
Vi < −VBE iken T2 iletimdedir.
− VBE < Vi < VBE arasında V0 = 0 ’dır. Bu bozulmaya geçiş (cross-over) distorsiyonu denir.
Çıkış işaretinin maksimum değeri VO M = VCC − VCESAT ’dır.
PDC = 2VCC I DC
I
I DC = m
π
V
2Vm2
PDC = 2VCC m ≅
πR L πR L
PY = Ieff .Veff =
η=
(3.9)
(3.10)
[ Vm ≅ VCC dir ]
I m Vm
V2
= m
2
2R L
PY
V 2 πR
π
= m . L2 = = %78
PDC 2R L 2Vm 4
(3.11)
(3.12)
(3.13)
3.1.3. AB Sınıfı Güç Kuvvetlendiricisi
AB sınıfı çalışmada çıkış akımının akış açısı 180o < θ < 360o ’dir. B sınıfı
kuvvetlendiricide geçiş distorsiyonu oluştuğu için bu bozulmayı önleyecek şekilde devreye 2
diyot eklenir. Böylece Vi = 0 iken de devreden akım akar. B sınıfı çalışmaya göre distorsiyon
daha azdır. Verim ise B sınıfına göre daha düşüktür.
29
3.2. Deney Öncesi Yapılacaklar
1. Deneyde kuracağınız bütün devrelerin verimini SPICE yardımıyla hesaplayınız.
2. Föyün sonundaki sorulara göz atınız.
3.3. Deneyde Yapılacaklar
1. Şekil 3.6’daki A sınıfı kuvvetlendirici devresini kurunuz ve çalıştırınız. Bu devreyi
çalıştırırken devrenin girişine f = 1kHz’lik 10mV genlikli bir gerilim uygulayınız. Giriş ve
çıkış işaretlerini Şekil 3.9 üzerine çiziniz.
2. Devrenin kazancını ve çıkışta bozulma olmadan girişe uygulayabileceğiniz maksimum
giriş işareti genliğini tespit ediniz ve sonuç sayfasındaki tabloya yazınız.
3. Kırpılmasız maksimum çıkış genliğindeki çıkış akımını hesaplayınız ve sonuç
sayfasındaki tabloya yazınız.
4. Devrenin verimini ölçülen değerlerden hesaplayınız ve sonuç sayfasındaki tabloya
yazınız.
5. Şekil 3.7’deki eşlenik transistörlü Push-Pull B sınıfı kuvvetlendiriciyi çalıştırınız. Devre
girişine f = 1kHz’lik 1V genlikli bir gerilim uygulayınız.
6. Giriş ve çıkış işaretlerini Şekil 10 üzerine çiziniz.
7. Maksimum çıkış gerilimi değeri için devrenin verimini ölçülen değerlerden yararlanarak
hesaplayınız ve tabloya yazınız.
8. Geçiş distorsiyonu düzeltilmiş AB sınıfı Push-Pull kuvvetlendirici DC kutuplama devresi
ile birlikte gerçeklenecektir. (Şekil 3.8) Giriş ve çıkış işaretlerini Şekil 11 üzerine çiziniz.
9. Devrenin verimini ölçülen değerlerden hesaplayınız ve tabloyu doldurunuz.
3.4. Deney Sonu Soruları
1. Güç kuvvetlendirici devreleri temelde ne işe yarar ve nerelerde kullanılır?
2. Güç kuvvetlendiricilerin sınıflandırılması neye göre yapılır ve kaç çeşit güç
kuvvetlendiricisi vardır?
3. Bir güç kuvvetlendiricisinin verimini tanımlayınız.
4. Maksimum akım sınırı 500mA; maksimum dayanma gerilimi 40V; VCESAT = 0.5V ve β =
100 değerleri ile verilen bir transistör kullanarak 100Ω yük direncine 0.5W güç sağlayan
bir A sınıfı güç kuvvetlendiricisi tasarlayınız.
5. Şekil 3.5 deki gibi B sınıfı bir güç kuvvetlendiricisi verilmektedir. Devrenin yük direnci
100Ω ve besleme gerilimleri ±15V dur. Transistörlerin VCESAT değerleri 0.5V olduğuna
göre yüke aktarılabilecek maksimum gücü hesaplayınız. (VBE = 0; β çok büyük ve çıkış
gerilimi tam sinüzoidal varsayınız).
30
Şekil 3.6 A Sınıfı Kuvvetlendirici Deney Devresi
Şekil 3.7 B Sınıfı Kuvvetlendirici Deney Devresi
Şekil 3.8 AB Sınıfı Kuvvetlendirici Deney Devresi
31
3.5. DENEY 3 Sonuç Sayfasi
..........( )
..........( )
........( )
.......( )
Şekil 3.9 A sınıfı kuvvetlendiricinin giriş ve çıkış işaretleri
..........( )
..........( )
.....( )
.....( )
Şekil 3.10 Eşlenik transistörlü Push-Pull B sınıfı kuvvetlendiricinin giriş ve çıkış işaretleri
..........( )
..........( )
.....( )
....( )
Şekil 3.11 Geçiş distorsiyonu düzeltilmiş AB sınıfı Push-Pull kuvvetlendirici devresi giriş ve
çıkış işaretleri
Tablo 3.1 Güç Kuvvetlendiricileri Arasındaki Karşılaştırma
A sınıfı
Kırpılmasız maksimum çıkış gerilimi
Yük akımı
Maksimum verim
B sınıfı
AB sınıfı
32
DENEY 4 : GERĐBESLEMELĐ KUVVETLENDĐRĐCĐLER
Amaç : Geribeslemeli kuvvetlendirici devre yapısını ve çalışmasını deney yoluyla öğrenmek.
Geribeslemenin kuvvetlendiriciler üzerindeki etkilerini incelemek.
Malzeme Listesi :
Transistör: 2xBC108
Kondansatör : 1x1µf, 1x10µf
Direnç : 1x180kΩ, 1x27kΩ, 1x10kΩ, 1x1kΩ, 1x270Ω, 1x3.9kΩ, 1x5.6kΩ
Geribesleme devresi için dirençler: 1x33kΩ, 1x68kΩ, 1x270kΩ
4.1. Genel Bilgi
Geribeslemeli devreler elektronikte oldukça geniş bir kullanım alanı olan bir konudur. Bir
elektronik devrede, çıkıştan alınan işaretin bir örneğinin aynı fazda veya zıt fazda girişe
aktarıldığı devrelere Geribeslemeli Devreler diyoruz. Giriş işaretine zıt fazda gelen işarete
dayalı devrelere negatif geribesleme devreleri, işleme negatif geribesleme, giriş işaretine eş
fazda gelen işarete dayalı devrelere pozitif geribesleme devreleri, işleme pozitif geribesleme
denir. Geribeslemeli sistemin genel blok diyagramı Şekil 4.1’de görülmektedir. Vs giriş
sinyali, bir karıştırma devresine uygulanır ve bu arada βVo geribesleme sinyali ile birleştirilir.
Bu sinyallerin farkı olan Vi, daha sonra yükseltece giriş gerilimi olarak uygulanır. Yükselteç
çıkışının bir kısmı, giriş karıştırıcı devresine geribesleme sinyalini uygulayan geri besleme
devresine (β) bağlanır.
Şekil 4.1 Geribeslemeli sistemin genel blok diyagramı
Geribeslemeli sisteme ilişkin transfer fonksiyonu:
Ao
Af =
1 + βAo
(4.1)
Burada Ao , geribeslemesiz kuvvetlendirici devresinin kazancı olup aynı zamanda açık
çevrim kazancı olarak da ifade edilir. Af ise Geribeslemeli kuvvetlendirici devresinin
kazancıdır. Transfer fonksiyonunda yer alan βAo (βAo : Döngü Kazancı) büyüklüğüne bağlı
olarak sistemden elde edilen performans farklılık gösterir.
33
Transfer fonksiyonuna göre eşitliğin paydasındaki βAo terimi incelenecek olursa;
•
•
•
•
βAo = 0 ise sistemde geribesleme yoktur.
βAo > 0 ise sistemde negatif geri besleme vardır.
βAo < 0 ise sistemde pozitif geri besleme vardır.
βAo = -1 ise sistem osilasyon yapar.
Transfer fonksiyonuna göre döngü kazancı 1’den oldukça büyük olması durumunda
(βAo>>1) negatif geribeslemeli kuvvetlendirici devresinin kazancı tümüyle açık çevrim
kazancından bağımsızdır.
A
1
Af = o =
⇒
(4.2)
βAo >> 1
βAo β
4.1.1 Pozitif Geribesleme
Af > Ao, transfer fonksiyonundaki paydanın modülü 1’den küçükse pozitif
geribesleme söz konusudur. Pozitif geribesleme bazı özel durumlarda (darbe şekillendiriciler,
osilatörler, aktif süzgeçler) kullanılır. Elde edilen kazanç geribeslemesiz kuvvetlendiriciden
elde edilen kazanca göre yüksektir.
4.1.2 Negatif Geribesleme
Af < Ao, transfer fonksiyonundaki paydanın modülü 1’den büyükse negatif
geribesleme söz konusudur. Negatif geri besleme sistemler üzerinde bazı iyileştirici etkileri
olduğundan oldukça sık karşılaşılan bir uygulamadır. Negatif geri besleme ile elde edilen
gerilim kazancı, geribeslemesiz gerilim kazancına oranla oldukça düşüktür. Ancak bu kazanç
kaybına karşılık yüksek bir giriş empedansı, düşük bir çıkış empedansı, daha kararlı bir
kuvvetlendirici kazancı ve daha yüksek bir kesim frekansı elde etmek mümkündür.
Kararlılığın artması ile birlikte aktif devre elemanındaki ısıl değişimler, zamanla
parametrelerdeki değişimler ve gürültülerin etkisi azaltılmış olur. Negatif geribeslemeli
devrelerin iyileştirici etkileri aşağıda özetlenmiştir.
•
•
•
•
•
Daha yüksek giriş empedansı elde edilir. (Uygun bir negatif geribesleme topololojisi
ile sağlanabilir.)
Daha düşük çıkış empedansı elde edilir. (Uygun bir negatif geribesleme topololojisi ile
sağlanabilir.)
Frekans cevabı daha iyidir. Band-genişliği arttığından daha geniş bir frekans alanında
girişin kuvvetlenmesi sağlanır. Geribeslemeli ve geribeslemesiz kuvvetlendiricilerden
elde edilen kazanç-frekans karakteristiği Şekil 4.2’de verilmiştir.
Çıkıştaki distorsiyon ve gürültü etkileri negatif geribesleme ile en aza indirilir.
(1+βAo) faktörü hem giriş gürültüsünü hem de sonuçta ortaya çıkan doğrusal olmayan
bozulmayı önemli ölçüde azaltarak belirgin bir şekilde iyileştirme sağlar. Ancak
toplam kazancında azaldığını belirtmek gerekir. Kazancı geribeslemesiz kazanç
düzeyine çıkarmak için ilave katların kullanılması halinde, bu ilave katın ve/veya
katların sisteme, geribesleme yükseltecinin azalttığı kadar gürültü ekleyebileceği
bilinmelidir.
Kararlılık artar. Böylece devreden elde edilen kazanç, ısıl değişimlerden ve zamanla
parametrelerdeki değişimlerden bağımsız hale gelir.
34
Şekil 4.2 Geribeslemeli (Af) ve geribeslemesiz kuvvetlendirici (Ao) kazanç-frekans
karakteristiği
4.1.3. Geribesleme Bağlantı Türleri
Geribesleme sinyalini bağlamanın 4 temel yolu vardır. Hem gerilim hem de akım girişe
seri ya da paralel olarak uygulanabilir.
•
•
•
•
Seri-gerilim geribeslemesi
Seri-akım geribeslemesi
Paralel-gerilim geribeslemesi
Paralel-akım geribeslemesi
Buna göre gerilim, geribesleme devresine giriş olarak bağlanan çıkış gerilimini, akım,
geribesleme devresinden akan çıkış akımını göstermektedir. Seri terimi, geri besleme
sinyalinin, giriş sinyal gerilimi ile seri şekilde bağlandığını, paralel terimi ise geri besleme
sinyalinin giriş akım kaynağına paralel bağlandığını gösterir.
4.1.4. Geribeslemenin Giriş ve Çıkış Empedanslarına Etkisi
Seri geribesleme bağlantıları, giriş direncini yükseltme, paralel geribesleme bağlantıları
ise giriş direncini düşürme eğilimi gösterir. Gerilim geribeslemesi çıkış empedansını düşürür,
akım geribeslemesi ise çıkış empedansını yükseltir. Tipik olarak kaskat bağlı yükselteçlerin
çoğunda yüksek giriş ve düşük çıkış empedansı arzu edilir. Geribeslemenin giriş ve çıkış
empedanslarına etkisi aşağıdaki Tablo 4.1’de özetlenmiştir.
Tablo 4.1 Geribesleme Bağlantı Türlerine Göre Giriş Ve Çıkış Empedanslarının
Hesaplanması
Zif
Zof
Seri-Gerilim
Geribeslemesi
Seri-Akım
Geribeslemesi
Paralel-Gerilim
Geribeslemesi
Paralel-Akım
Geribeslemesi
Z i (1 + βA)
(artar)
Z i (1 + βA)
(artar)
Zi
1 + βA
(azalır)
Zi
1 + βA
(azalır)
Zo
1 + βA
(azalır)
Z o (1 + βA)
(artar)
Zo
1 + βA
(azalır)
Z o (1 + βA)
(artar)
35
4.2. Deney Öncesi Yapılacaklar
1. BC108 transistörünün katalog bilgilerini inceleyip bacak bağlantılarını ve transistörün DC
şartlardaki önemli parametrelerini öğreniniz.
2. Şekil 4.3’deki geribeslemeli kuvvetlendirici devresinin küçük işaret eşdeğer modelini
çiziniz (Transistörler h-parametreleri ile modellenecektir).
3. Bu devrenin açık çevrim kazancı (Ao), döngü kazancı (βAo) ve geribeslemeli devrenin
kazancı (Af) değerlerini SPICE yardımıyla hesaplayınız.
4. Aynı devrenin giriş empedansı (Zi) ve çıkış empedansını (Zo) SPICE yardımıyla
hesaplayınız.
5. Şekil 4.3 deki devrenin SPICE simulasyonunu yapınız. Frekans analizi ile geribeslemesiz
(Rf den oluşan kol açık devre iken) ve geribeslemeli (Rf = 33k) devrenin genlik BODE
diyagramlarını aynı grafikte üst üste (bunu yapamazsanız ayrı ayrı da olur) çizdiriniz,
geribeslemenin kazanca etkisini gösteriniz.
4.3. Deneyde Yapılacaklar
1. Şekil 4.3’deki devreyi kurunuz. Girişe 10KHz frekansında 20mV genlikli sinüsoidal gerilim
uygulayınız.
2. Geribeslemesiz devrenin kazancını gözleyiniz.
3. Geribesleme devresini ekleyiniz. Rf nin farklı değerleri için ölçtüğünüz kazanç değerlerini
Tablo 4.2’ye yazınız. Her bir direnç değeri için döngü kazancını (βA0) hesaplayınız.
4. Geribeslemesiz devre ve geribeslemeli (üç farklı direnç değeri ile) devrelerin alt ve üst
frekansını deneysel yolla belirleyiniz ve Şekil 4.4 ve Şekil 4.5 üzerine çiziniz.
5. Ölçtüğünüz kazanç değerleri ile hesapladığınız değerleri karşılaştırarak tutarlılığını
yorumlayınız.
Şekil 4.3 Deney devresi
36
4.4. Deney Sonu Soruları
1. Şekil 4.3’deki devrenin topolojisinden devrenin türünü belirleyiniz.
2. Negatif ve pozitif geribeslemeli devrelerin uygulama alanlarını belirtiniz.
3. Açık çevrim kazancı A=−100, giriş direnci 10kΩ, çıkış direnci 20 kΩ olan kuvvetlendirici
devresine, geribesleme faktörü β=−0.1 olan, seri-gerilim geribeslemesi uygulanmıştır. Buna
göre geribeslemeli kuvvetlendiricinin gerilim kazancını, giriş ve çıkış empedansını
hesaplayınız.
4. Açık çevrim kazancı Ao = 1000 ve geribesleme faktörü β=1/10 olan geribeslemeli
kuvvetlendirici devresinin kazancını (Af) bulunuz. Açık çevrim kazancının,
a. Ao = 500’e indiğini varsayalım
b. Ao = 250’ye indiğini varsayalım
Her iki durumda geribeslemeli devrenin kazancını (Af) hesaplayınız. Geribeslemesiz ve
geribeslemeli devrenin kazancındaki yüzde değişim oranlarını hesaplayınız.
37
4.5. DENEY 4 Sonuç Sayfası
Tablo 4.2 Ölçüm sonuçları
Şekil 4.4 Geribeslemesiz devrenin kazancı
Şekil 4.5 Geribeslemeli devrelerin kazançları
38
DENEY 5: OSĐLATÖR DEVRELERĐ
Amaç:
Osilatörlerin çalışma mantığı ve osilatör çeşitlerinin öğrenilmesi, Faz Kaymalı RC Osilatör ve
Schmitt Tetikleyicili Karedalga Osilatör uygulamalarının yapılması.
Malzemeler:
Transistör: 1xBC108
Direnç: 5x1kΩ, 1x3.3kΩ, 3x5.6kΩ, 1x6.8kΩ, 3x10kΩ, 1x1kΩ POT, 1x10kΩ POT.
Kondansatör: 3x10nF, 1x47nF, 2x100nF, 1x1µF, 1x10µF, 1x47µF.
Entegre: LM324
5.1. Genel Bilgi
DC gerilimi istenilen frekansta işaretlere dönüştüren devrelere osilatör denir. Osilatörler
DC gerilim kaynakları ile beslenirler. Bir osilatör devresi; osilasyonu başlatan rezonans
devresi, yükselteç ve geribesleme katlarından oluşmaktadır. Temel osilatör devrelerinden
sinüsoidal çıkış alınır. Fakat çıkışlarında kare, üçgen v.b dalga biçimleri elde edilebilen
osilatör tasarımı da yapılabilir. Osilatörler; kullanım amaçları ve özelliklerine bağlı olarak
çeşitli şekillerde tasarlanabilirler. Osilasyonun başlamasını sağlayan rezonans devreleri
genellikle; R-C veya R-L pasif devre elemanlarından oluşur. Aşağıda popüler ve yaygın
kullanım alanları bulunan bazı osilatör tipleri sıralanmıştır.
• RC Faz kaymalı osilatör
• Wien Köprü osilatör
• Kolpits osilatörü
• Hartley osilatör
• Kristal osilatör
• Schmitt Tetikleyicili Osilatör
Osilatörler, dijital devreler, alıcı ve verici devreleri, anahtarlamalı güç kaynakları gibi
yerlerde çoğunlukla kullanılırlar.
Bir osilatör devresinin oluşturulabilmesi için önce tank devresi (rezonans devresi) ve
yükselteç devresine gereksinim vardır. Ayrıca osilasyonun sürekliliğini sağlamak için
yükselteç devresinde pozitif geribesleme yapılmalıdır. Şekil 5.1’de ortak emetörlü bir
yükselteç devresi görülmektedir. Bu yükselteç devresini geliştirerek bir osilatör devresine
dönüştürebiliriz. Ortak emetörlü yükselteç devresinde; yükselteç girişine uygulanan işaret ile
çıkışından alınan işaret arasında 180O faz farkı olduğunu biliyoruz. Ortak emetörlü yükselteç
devresini bir osilatör haline dönüştürmek için; yükselteç çıkışından alınacak işaretin bir kısmı,
pozitif geribesleme ile yükselteç girişine uygulanmalıdır. Bu osilasyonun sürekliliği için
gereklidir.
39
Şekil 5.1 Ortak Emetörlü Yükselteç Devresi
5.1.1. Faz Kaymalı RC Osilatör
Yükselteç çıkış gerilimini; girişe geri besleyerek osilasyon elde edebilmek için, çıkış
işaretini 180o faz kaydırmak gerekmektedir. RC faz kaymalı osilatör devresinin temel prensibi
bu koşula dayanmaktadır. Şekil–5.2’de RC faz kaymalı osilatör devresi verilmiştir. Devre
dikkatlice incelendiğinde çıkış işaretinin bir kısmının RC geri besleme elemanları ile girişe
geri besleme yapıldığı görülmektedir. Her bir RC hücresi; çıkış işaretini 600 faz
kaydırmaktadır. Çıkış ile giriş arasında 3 adet faz kaydırma devresi kullanılmıştır. Dolayısıyla
çıkış işaretinin fazı 1800 kaydırılarak girişe pozitif geribesleme yapılmıştır.
Şekil 5.2 RC faz kaymalı osilatör devresi
Her bir RC devresinin 600 faz kaydırması istenirse R1=R2=Rg ve C1=C2=C3 olarak
seçilmelidir. Rg, ortak emetörlü yükseltecin giriş empedansıdır. Giriş empedansının R1 ve
R2'ye eşit olması gerekmektedir. Bu koşullar sağlandığı zaman, çıkış işaretinin frekansı
aşağıdaki formül yardımı ile bulunur.
f=
1
2πC 6R 1 + 4R 1R C
2
(5.1)
40
Osilasyonların genliği, geri besleme oranına ve yükseltecin kazancına bağlıdır. Geri
besleme oranı seri RC devrelerinin toplam empedansına bağlıdır. Bu empedans arttıkça geri
besleme oranı düşecek ve çıkış işaretinin (osilasyonun) genliği azalacaktır.
Şekil 5.3 RC Faz Kaymalı Osilatör Devresi
5.1.2. Schmitt Tetikleyicili Karedalga Osilatör
Dijital devrelerde, dijital devre elemanlarının hepsinin belirlenmiş bir düzen dahilinde
çalışması istenir. Çünkü her devre elemanı görevini zamanın belli bir bölgesinde yapar.
Birkaç entegreden oluşan bir sistemi çalıştırdığımızda sistemin düzgün çalışması ancak bu
entegrelerin senkron çalışmasıyla mümkündür. Bu senkronizasyon osilatör yardımıyla
sağlanır. Osilatör ürettiği karedalga işareti düm dijital devre elemanlarına göndererek
senktonizasyonu sağlar.
Bir karedalga işareti üretmenin pek çok yolu vardır. Bunlardan bir tanesi evirici (Schmitt
Tetikleyici) ile yapılan osilatördür. Burdada Schmitt Tetikleyici çok önemlidir çünkü onun
yerine normal bir evirici kullanırsak devre osilasyon yapmayacaktır. Bunun sebebi Schmitt
Tetikleyicinin histerezis özelliğidir.
74HC14 entegresi, içerisinde 6 tane Schmitt özellikli evirici buffer bulunduran Si-gate CMOS
bir entegredir. Schmitt özelliğinden kasdedilen aslında Şekil 5.4’de görülen histerezis
özelliğidir.
Şekil 5.4 Schmitt Tetikleyici Histerezis Karakteristiği
41
Bir schmitt tetikleyicinin sabit yüksek (High) ve düşük (Low) gerilim seviyeleri ve
bunların yanısıra yüksek ve düşük eşik seviyeleri vardır. Şekil 5.4’te VT- ile düşük eşik
seviyesi, VT+ ile yüksek eşik seviyesi gösterilmiştir. Giriş işareti Low iken çıkış High
seviyededir. Giriş arttırılıp yüksek eşik seviyesini geçtiği anda çıkış Low’a düşer. Bu anda
giriş işareti seviyesi tekrar düşmeye başlarsa çıkış ancak düşük eşik seviyesinin altında tekrar
High seviyeye geçecektir. Đşte bu özellik, Schmitt tetikleyiciyi normal bir eviriciden ayıran
histerezis özelliğidir.
Şekil 5.5 Schmitt Tetikleyicili Osilatör Devresi
Başlangıçta yani devreye enerji verildiğinde kondansatörün boş olduğunu varsayalım. A
noktası yani tetikleyicinin girişi “0” V olduğundan çıkış yani B noktası “5” V seviyesindedir.
Çıkış High seviyede olduğundan buradan kondansatöre doğru akan akım kondansatörü direnç
üzerinden şarj etmeye başlar. Kondansatör gerilimi yüksek eşik seviyesi VT+’ye ulaştığında
çıkış konum değiştirir ve Low seviyeye düşer. Çıkış gerilimi “0” V olduğundan bu kez
kondansatörden çıkışa doğru bir akım akar ve kondansatör direnç üzerinden deşarj olmaya
başlar. A noktasındaki gerilim VT- düşük eşik seviyesine ulaştığında çıkış tekrar konum
değiştirir ve High seviyeye çıkar. Bu noktadan sonra kondansatörün VT+ ile VT- arasında
sürekli şarj ve deşarj olmasıyla çıkışta karedalga işaret oluşması sağlanır.
5.1.3. Opamplı Schmitt Osilatör
Şekil 5.6’da Opamp’lı Schmitt Kare Dalga Osilatörü devresi görülmektedir.
Şekil 5.6 Opamplı Schmitt Kare Dalga Osilatörü
42
Bu devrede VA noktası gerilimi,
VA =
VO
R1
R1 + R f
(5.2)
olarak hesaplanır.
Opampın çıkış geriliminin “VO” maksimum V+, minimum V- olabileceği için Schmitt
Tetikleyici histerezis eğrisi Şekil 5.7’deki gibi elde edilir.
Şekil 5.7 Opamp’lı Schmitt Tetikleyici histerezis eğrisi
Đlk anda C kondansatörünün boş olduğu düşünülürse VO = V+ olur. Bu durumda VA > 0
dır ve bu VA gerilimi Schmitt osilatörün pozitif eşik seviyesidir (VT+). Boş olan kondansatör
VO gerilimi ve R direnci üzerinden şarj olmaya başlar. VC > VA olduğunda opamp çıkışı
konum değiştirir ve VO = V- olur. Bu durumda VA < 0 olmuştur ve VA = -VA dır. Bu kez
kondansatör R direnci üzerinden deşarj olmaya başlar. VC < VA olduğunda çıkış gerilimi
yeniden VO = V+ olur ve yukarıdaki olaylar tekrarlanır. Böylece devre çıkışında bir karedalga
elde edilmiş olur. Kare dalganın frekansı R*C zaman sabitiyle ayarlanır.
5.1.4.Opamp’lı Đntegratör Devresi
Đntegral devresi, girişine uygulanan işaretin integralini alır. Eğer giriş işareti kare dalga
ise çıkış üçgendir, giriş üçgen ise çıkışta sinüsoidal işaret elde edilir. Opamp’lı integral alıcı
devre Şekil 5.8’de görülmektedir.
Şekil 5.8 Opamp’lı integratör devresi
43
Şekil 5.8’deki opamplı integratör devresi için akım ve gerilim denklemleri yazılırsa,
I1 = (Vi – VA) / R1 = Vi / R1
(5.3)
T
Vo = (1/Cf)
∫
If dt , If = - I1
(5.4)
0
T
Vo = - (1 / Cf)
∫
I1 dt
(5.5)
(Vi / R1) dt'
(5.6)
0
T
Vo = - (1 / Cf)
∫
0
T
Vo = - [1 / (R1.Cf)]
∫
Vi dt
(5.7)
0
olarak bulunur. Bu denklemden devrenin giriş işaretinin integralini aldığı görülmektedir.
Devrede, giriş ofset geriliminin Opamp’ı doyuma götürmesini engellemek için
geribesleme kondansatörüne paralel Rf direnci bağlanmıştır. Giriş offset gerilimini ve
etkilerini gidermek amacıyla da R2 direnci eklenmiştir.
R2 = R1 // Rf seçilir.
Đntegral devresinin çalışabilmesi için aşağıdaki iki şartın yerine gelmesi gerekir.
1. fgiriş ≥ 1/2πRfCf (giriş işaretinin frekansı kritik frekanstan büyük ya da eşit olmalı)
2. Devrenin zaman sabiti (T=RxC) giriş sinyaline eşit ya da yakın bir değerde olmalıdır.
5.2. Deney Öncesi Yapılacaklar
1. BC108 transistörünün katalog bilgilerini inceleyip bacak bağlantılarını ve transistörün DC
şartlardaki önemli parametrelerini öğreniniz.
2.
LM324 entegresinin katalog bilgilerini inceleyerek Opamp’lı Schmitt Tetikleyici
devresinin, max çıkış gerilimi (VOH), min çıkış gerilimi (VOL), yüksek eşik gerilimi (VT+) ve
düşük eşik gerilimi (VT-) değerlerini tespit ediniz.
3. Deney devrelerinin spice simülasyonlarını yaparak çıkışlarında osilasyon oluştuğunu
gösteriniz.
Đzlenecek Yol: Devre başlangıçta osilasyona girmeyip pozitif feedback etkisiyle bir süre sonra
osilasyona girecektir. Bütün bu aşamaları gösterecek şekilde çıkış işaretini gösterin.
5.3. Deneyde Yapılacaklar
5.3.1 RC Osilatör Deneyi
1. Şekil 5.3'deki faz kaymalı osilatör devresini kurunuz. Osilatörün çıkış işaretini
gözlemlemek için gerekli osiloskop bağlantısını yapınız.
2. Osilatör çıkış işaretini (Vç) ölçüp şekil 5.12’ye, A, B, C noktalarındaki işaretleri ölçüp
Şekil-5.13'e ölçekli olarak çiziniz.
44
3. Çıkış işaretinin tepeden tepeye değerini ve frekansını ölçerek Tablo 5.1’e kaydediniz.
Hesapladığınız osilasyon frekansı ile ölçtüğünüz frekansı Tablo 5.2’ye kaydederek
karşılaştırınız.
4. Osilatörün çıkış işareti ile transistörün bazındaki işareti aynı anda osiloskopta gözleyiniz.
Bu iki işaret arasındaki faz farkını Tablo 5.3’e kaydediniz ve yorumlayınız.
5.3.2 Opamplı Schmitt Osilatör Deneyi
1. Şekil 5.9’daki Opamp’lı Schmitt osilatör devresini LM324 entegresi içindeki birinci
opampı kullanarak kurunuz.
Şekil 5.9 Opamp’lı Schmitt Osilatör devresi
2. VO ve VC noktalarındaki dalga şekillerini osiloskop ekranında dual modda izleyerek
yorumlayınız.
3. R3 potansiyometresinin değerini değiştirerek çıkış işaretindeki değişimi yorumlayınız.
4. Potansiyometrenin minimum ve maksimum değerleri için elde ettiğiniz çıkış işaretlerini
şekil 5.14’e ölçekli olarak kaydediniz.
5. Şekil 5.9’daki karedalga osilatörü ve şekil 5.10’daki opamplı integratör devresini
kullanarak şekil 5.11’de blok şeması verilen kare-üçgen-sinüs osilatör devresini board
üzerinde kurunuz.
Şekil 5.10 Opamp’lı integratör devresi
45
Şekil 5.11 Đntegratörlü üçgen ve sinüs üreteci
6. Her katın çıkışını ayrı ayrı ve osiloskobun dual modunda birlikte inceleyerek üç farklı
çıkışı şekil 5.15’e ölçekli olarak çiziniz.
7. Đntegratör devresinin çalışabilmesi için gerekli iki şartın yerine getirilip getirilmediğini
gerekli hesaplamaları ve ölçümleri yaparak gösteriniz.
5.4.Deney Sonu Soruları
1. RC Osilatör devresinin osilasyona başlaması için çıkış ve geri beslenen giriş işaretleri
arasındaki faz farkı nasıl sağlanmıştır? Açıklayınız.
2. RC Osilatörün çalışmasına RE direncinin etkisini belirtiniz? RE direncinin değişimi
osilatör çıkış işaretinde ne gibi değişimler sağlar? Açıklayınız.
3. Schmitt Tetikleyicili Karedalga Osilatörü devresinin çıkış işaretinde duty cycle’ın % 50
olamamasının nedenlerini açıklayınız.
4. Schmitt Tetikleyicili Karedalga Osilatörü devresini gerçeklerken Schmitt Tetikleyici yerine
normal bir evirici kullanıldığında osilasyon yapmamasının sebebini açıklayınız.
5. Şekil 5.14’te blok şeması verilen sistemin çıkışına bir integral alıcı devre daha eklenirse
nasıl bir çıkış elde edilir yorumlayınız.
6. RC osilatör devresi çıkışındaki sinüsoidal işaretten üçgen ve kare dalga elde etmek için bir
sistem tasarlayınız. Tasarladığınız sisteme ait blok şemayı (şekil 5.14’deki gibi) ve devre
topolojisini çiziniz.
46
5.5. DENEY 5 Sonuç Sayfası
Şekil 5.12 Osilatör çıkış işareti
Şekil 5.13 A, B, C noktalarındaki işaretler
Tablo 5.1 Çıkış işaretinin tepeden tepeye değerini ve frekansı
Vp-p (V)
f (Hz)
RC Osilatör
Tablo 5.2 Hesaplanan osilasyon frekansı ile ölçülen osilasyon frekansının karşılaştırılması
Hesap
Ölçüm
RC Osilatör
f(Khz)
Tablo 5.3 Osilatörün çıkış işareti ve transistörün bazındaki işaret arasındaki faz farkı
φ (giriş-çıkış)
RC Osilatör
47
Şekil 5.14 Schmitt osilatörden elde edilen minimum ve maksimum çıkış frekansları
fmin = …………………..
fmax = …………………..
Şekil 5.15 Schmitt osilatör ile kare-üçgen-sinüs osilatör sonuçları
48
ÖNEMLĐ KATALOGLAR
1. BC 237
49
2. LM 324
50
3. BD 135
51
4. BD 136
52
5.
BC108