T - Erciyes Üniversitesi | Biyomedikal Mühendisliği Bölümü

T.C.
ERCİYES ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
BİYOMEDİKAL MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
ELEKTRONİK LABORATUVARI UYGULAMALARI
Yrd. Doç. Dr. Ayşegül GÜVEN
Arş. Gör. F.Zehra USLU
KAYSERİ
EYLÜL 2009
I
1. DENEY
YARIİLETKENLER VE DİYOT KARAKTERİSTİĞİ
1.1 Amaç
Bu deneyde yarıiletken elemanlar üzerindeki harf ve rakamların anlamlarının incelenmesi ve bazı
karakteristiklerinin ampermetre-ohmmetre yardımıyla elde edilmesi gösterilecektir.
1.2 Ön Bilgi
1.2.1 Yarıiletken elemanlar üzerindeki harf ve rakamlar
Yarıiletken elemanlar değişik standartlara göre kodlanmaktadır. Bu standartlar çoğunlukla elemanı ilk defa
üreten firma veya ülke tarafından belirlenmekle birlikte Avrupa ülkelerinin çoğunun kabul ettiği bir standart
vardır. Bu sebeple, yarıiletken malzemeler kataloglarda verilirken çoğunlukla bunların Avrupa standardına göre
eşdeğerleri de gösterilmektedir. Aşağıda yaygın olan değişik kodlama standartlarına göre bir yarıiletken
elemanın üzerindeki harf ve rakamların ne anlama geldiği kısaca açıklanmıştır.
Avrupa Kodu:
B F W20
1. 2. 3.
1. harf: Elemanın yapımında kullanılan temel yarıiletkenler malzemeyi gösterir.
O, A: Germanyum (Ge)
B: Silisyum (Si)
C: Galyum- Arsenid (Ga-As)
R:Bileşim Malzemesi (kadmiyum-sülfid gibi)
2. harf: Kullanım alanlarını (fonksiyonunu) gösterir.
A:Dedeksiyonda, anahtarlamada ve mixer katlarında kullanılan düşük güçlü diyot
B: Varikap diyot
C: Düşük güçlü SF (ses frekansı) transistörü
D: Yüksek güçlü SF transistörü
E: Tunel diyot
F: Düşük güçlü RF (radyo veya yüksek frekans) transistörü
G: Osilatör devrelerinde veya değişik amaçlarla kullanılabilen bir diyot
H: Manyetik duyarlı diyot
K: Açık bir manyetik devrede HALL etkili eleman
M: Kapalı bit manyetik devrede HALL etkili eleman
L: Yüksek güçlü YF transistörü
N: Işık kuplajlı (opto kupler) eleman
P: Işığa karşı duyarlı eleman
Q: Işık yayan diyot
R:Düşük güçlü tristör
S: Düşük güçlü anahtarlama transistörü
T: Yüksek güçlü tristör
U: Yüksek güçlü anahtarlama transistörü
X: Çoğaltıcı veya varaktör diyot
Y: Doğrultma amaçlı güç diyodu veya booster diyodu
Z: Zener diyot
3. harf ve rakamlar: Seri numarasını gösterir.
AF 126: Ge, RF transistörü(osilatör, mikser vb. için)
BC 107: Si, SF transistörü
AD 161: Ge, yüksek güçlü SF transistörü
BP 104: Si, foto PIN diyot
BPW 14: Si, foto transistör
BPW 20: Si, ışık pilli, foto diyot
BPX 99: Si, foto darlington transistör
CQX 18: GaAs ışık yayan diyot
CNY 18: GaAs ışık kupleri
1
Amerikan ve Japon standartlarına göre üretilen bazı yarıiletken elemanlardaki ilk harf ve rakamlar genel olarak
şu anlamda kullanılmaktadır.
Amerikan standardına göre;
1Nxxxx: Diyot
2Nxxxx: BJT
3Nxxxx: FET-Mosfet
4Nxxxx: Işık kupleri
Japon standardına göre;
1Sxxxx: Diyot
2Sxxxx: Transistör
2SAxxxx:PNP yüksek frekans transistörü
2SBxxxx: PNP alçak frekans transistörü
2SCxxxx:NPN yüksek frekans transistörü
2SDxxxx:NPN alçak frekans transistörü
2SHxxxx: UJT
2SJxxxx: P-kanal FET
2SKxxxx:N-kanal FET
Bunun yanında bazı yarıiletken eleman üreticisi firmalar ürünlerinin standartlarını kendileri belirlemektedir.
Buna göre, ürünün ilk bir veya iki harfi üretici firmayı göstermektedir.
M- Motorola,
AD-Analog Devices
TI- Texas Instruments
GE- General Electric
NS- National Semiconductor
µA- Fairchild
firması yapımı olduğunu göstermektedir.
Zener diyotlarda, yukarıda verilen standartlardan farklı olarak sondaki seri numarasına ait rakamlardan sonra
gelen harfler zener voltajı ve bunun toleransını göstermektedir. Şöyle ki;
A: ±%1
B: ±%2
C: ±%5
D: ±%10
E: ±%15
Mesela BZY85-C5V6 ifadesi zener voltajı 5.6 V, toleransı ±% 5 olan ve temel yarıiletken malzemesi Si olan
bir zene rdiyodu göstermektedir. Ayrıca, yarıiletken elemanlar üzerine seri numaralarından sonra konulan harf
ve rakamlar o elemanın paketlenmesinde metal veya plastik kılıf kullanıldığını, eğer eleman bir BJT transistör
ise hfe akım kazancının değişim sınırlarını veya kazancın frekansla değişim sınırları gibi ayrıntılarını
belirtmektedir. Buna benzer ayrıntıların bilinmesi ve elemanın bacak bağlantılarının tespiti için üretici firmanın
ilgili kataloglarının incelenmesi gerekmektedir.
1.2.2 Diyot Karakteristiği
Diyot p ve n-tipi yarıiletkenin aynı kristal yapıda oluşturulması ile elde edilen elemandır. Diyotta p ve n tipi
malzemeler arasında düzlemsel metalürjik kontak da denen jonksiyon (eklem) vardır. Genellikle n-tipi bir pulun
(donör katkılamalı), belli bölgesinin akseptör (p-tipi) katkılanması ile oluşturulur. Çalışması kutuplanmasına
bağlı olarak uzay yük bölgesinin (SCR) genişleyip daralması prensibi üzeredir.
Şekil 1.1 Diyot
Kaynağın pozitif ucu p tarafı kontağına negatif ucu da n tarafının kontağına bağlanırsa diyot iletim yönünde
kutuplanır çünkü uzay yük bölgesi en dar şekle gelmiştir ve uygulanan gerilim bu dar bölgenin geçilmesine
yeterli bir eşik gerilim değerini aştığı zaman iletim akımı Id akar. Aslında akım eşik değerine yaklaşılan
gerilimlerde akmaya başlamaktadır fakat bu gerilimlerdeki akım değerleri iletim akımından küçüktür. Ters
kutuplanması halinde idealde diyotun akım iletmemesi gerekmektedir çünkü uzay yük bölgesi çok büyüyecektir
2
açık devre karakteristiği gösterecektir, ancak çok küçük (femto Amper mertebesinde) bir sızıntı akımı akar bu
akıma Is ters satürasyon akımı denir. Diyot akım-gerilim ilişkisi aşağıdaki transandantal denklem ile
modellenmektedir.
I D  I S  [eVD / nVT  1]
Bu denklemde;
I S : Ters satürasyon akımı
V D : Diyota uygulanan gerilim
n
: İdealden uzaklaşma faktörü n
VT : Termal voltaj VT 
k T
q
Şekil 1.2 Diyot akım-gerilim eğrisi
Parçalı Lineer Diyot Modeli:
Diyot Şekil 1.3’te görüldüğü üzere karakteristik eğrisine çizilen teğetlerle parçalı lineer modellenir.
Karakteristik teğetleri incelenirse diyotun; gerilimi iletmeye başladığı bir açma potansiyeline ve iletim yönünde
çizilen teğetin eğimi kadar bir iletkenliğe sahip olduğu görülür.
İletimdeki diyotun eşdeğer parçalı lineer modeli:
Kesimdeki diyotun eşdeğer modeli:
Diyotun iki bacağına uygulanan gerilim farkı eşik geriliminden büyük olursa diyot iletime geçer aksi halde yani
uygulanan gerilim eşik geriliminden küçük veya ters kutuplanmış ise diyot kesimdedir.
Şekil 1.3 Parçalı Lineer Diyot Modeli
1.2.3 Zener Diyot
Zener diyotun parçalı lineer eşdeğer modeli ve diyot eşdeğer modeli aşağıdaki gibidir.
3
(a)
(b)
Şekil 1.4 a) Zener Diyot akım-voltaj eğrisi b)Zener diyot eşdeğer devresi
Yukarıda gösterilen zener eşdeğer devresinde diyotların iç dirençleri ve eşik gerilimleri sıfır kabul edilmiş ve
gerekli eşik gerilim değerleri ve iletim dirençleri ilgili diyota seri bağlanmak suretiyle gösterilmiştir.
1.2.4 Elemanların Ohmmetre (Avometre) Yardımıyla Test Edilmesi
Temel yarıiletken elemanlardan deney çalışmaları esnasında kullanılacak doğrultma diyodu, zener diyot, LED
(Ligtt Emiting Diode- Işık yayan diyot) ve BJT (Bipolar Junction Transistör) gibi elamanların kullanılmadan
önce pratik metodlarla test edilmeleri gerekmektedir. Bu amaçla çoğunlukla ohmmetrelerden faydalanılır.
Ohmmetrelerin içerisinde voltaj kaynağı olarak kullanılan piller genellikle 1.5 V gibi çok küçük olmakla birlikte
diyotların ileri yönde kutuplanmaları için yeterlidir. Ölçü aletlerinin pozitif ucu anoda, negatif ucu da katoda
irtibatlandırılırsa diyot ileri yönde kutuplanacağından düşük direnç değeri (diyodun ileri yönde direnci- Rf)
gösterir. Eğer negatif uç anoda, pozitif uç da katoda iritbatlandırılırsa bu durumda diyot ters yönde
kutuplanacağından yüksek direnç değeri (diyodun ters yöndeki direnci-Rr) okunur. Kısa devre olmuş bir diyot
her iki yönde de yaklaşık 0 Ω’luk kısa devre direncine, açık devre olmuş bir diyot ise her iki yönde de sonsuza
yakın yüksek direnç değerine sahiptir.
Bazı ölçü aletlerinin (özellikle dijital olanların) doğrudan diyot ölçme kademeleri mevcuttur. Bu tip ölçü aletleri
ya diyot üzerinde ileri yönde düşen gerilimi (Vf), ya da diyodun ileri yöndeki direncini (Rf) göstermektedir.
LED’lerin ileri yöndeki kırılma gerilimleri normal diyotlara nazaran daha büyük olduğundan (>1.2 V) ölçü
aletlerinin ohmmetre kademelerinde kullanılan dahili voltaj kaynağı (pil) bu elemanı ileri yönde kutuplamak için
yeterli değildir. Ancak bazı ölçü aletlerinde bu voltaj kaynağı 3 V (veya daha büyük) civarında olabilmektedir.
Bu durumda LED’ lerin testinde de diyotlara uygulanan işlemler aynen uygulanır. Ayrıca LED’lerin pratik
şekilde kontrolü için kullanılabilecek değişik bir yöntem şöyle olabilir: Şekil 1.5’te görüldüğü gibi yaklaşık 200
Ω civarında bir direncin 5-12 V’luk kaynağa seri bağlanmasıyla LED’in ileri ve ters yöndeki kutuplandırılması
yapılabilir. İleri yönde kutuplandırıldığında LED ışık vermeli, ters yönde kutuplandırıldığında ışık
vermemelidir.
+V (5-12V)
200 ohm
Şekil 1.5 : LED’in testi için kullanılan uygulama devresi
Zener diyotların test edilmesi için ohmmetrenin dahili voltaj kaynağının gerilimi zener gerilimini ölçmeye
yeterli olmadığından elemana Şekil 1.5’te görülen LED devresinde olduğu gibi dışardan yeterli bir voltaj
uygulanması gerekir. Zener diyotlar ohmmetre yardımıyla ileri yönde kutuplandırıldığında yani anoduna (+)
katoduna (-) voltaj uygulandığında normal bir diyodun ileri yöndeki direncine sahip olmalıdır. Ohmmetrenin
uçları ters çevrildiğinde normal zener gerilimi kadar voltaj takip edilemediğinden yaklaşık sonsuz direnç
göstermelidir.
4
BJT’lerin testinde ise ohmmetre, diyot ve transistör testi yapan ölçü aletleri kullanılabilir. Deney çalışması
sırasında ohmmetre kullanılacaktır. Test işleminde BJT’nin Ebers-Moll modelindeki anti-seri bağlı iki diyot eş
değerinden faydalanılır. Şekil 1.6’da npn ve pnp türü BJT’lerin diyot eşdeğer devresi verilmiştir. Bu eşdeğer
devreler yardımıyla diyotların her biri normal diyotlar gibi ölçülür.
C
C
C
C
P
N
B
B
P
B
N
B
P
N
E
E
E
E
(a)
(b)
Şekil 1.6: BJT’nin diyot eşdeğer modeli a) npn tipi b) pnp tipi
1.3 Deney Çalışması
1.3.1 Elemanların Ohmmetre (Avometre) Yardımıyla Test Edilmesi
Anod
-
Anod
+
METER
METER
+
Katod
Katod
(a)
(b)
Şekil 1.7 :Diyotların ohmmetre ile test edilmesi a) Rf, b)Rr’nin ölçülmesi
Diyotların sağlamlık testini yapmak üzere aşağıdaki işlem basamaklarını deneyde kullanılacak her bir eleman
için gerçekleştiriniz. Yapılan ölçümlerin hassas ve ölçülen değerlerin hatasız olması için deneyin başlangıcında
ohmmetrenin ölçüm yapılan her kademesinde ‘sıfırlama ayarı’ yani prob uçlarını kısa devre yaparak ölçü
aletinin ibresinin kadran üzerinde sıfırı göstermesinin sağlanması gerektiği unutulmamalıdır. Deney çalışması
için aşağıdaki işlem adımlarını takip ediniz.
1- Ohmmetre diyotlarını Şekil 1.7 a’daki gibi diyot uçlarına irtibatlayınız.
2- Ohmmetrenin komütatörünü küçük kademelerden birine (mesela, x1 veya x10 gibi) getirerek Rf’yi
ölçünüz.
3- Ohmmetre problarını Şekil 1.7 b’de olduğu gibi diyot uçlarına irtibatlayınız.
4- Ohmmetrenin komütatörünü büyük kademelerden birine (mesela, x10K veya x100K gibi) getirerek
Rr’yi ölçünüz.
BJT’lerin sağlamlık testini yapmak üzere aşağıdaki işlemleri deney için öngörülen her bir eleman için
gerçekleştiriniz.
1- Ohmmetreyi (x10) gibi küçük bir kademeye alınız.
2- NPN tipi BJT için ölçü aletinin pozitif ucunu elemanın beyzine, negatif ucunu kolektörüne
irtibatlayarak okuduğunuz değeri kaydediniz.
3- Ölçü aletinin pozitif ucunu beyzde sabit tutarak, negatif ucunu emitere irtibatlayıp okuduğunuz
değerleri kaydediniz.
4- Bu defa ölçü aletinin negatif ucunu beyze irtibatlandırıp sabit tutarak, pozitif ucunu önce kolektör,
sonra da emiter uçlarına irtibatlandırarak okududuğunuz değerleri kaydediniz.
5- Yukarıda 2’den 4’e kadar olan işlemleri pnp tipi BJT için tekrarlayınız.
6- Eşdeğer devreden faydalanarak ve ölçme sonuçlarını normal diyot testi sonuçlarıyla karşılaştırarak
BJT’nin sağlamlığını yorumlayınız.
1.3.2 Diyot akım-gerilim karakteristiğinin incelenmesi
5
123456-
Şekil 1.8’deki devreyi kurunuz.
Güç kaynağı çıkışını VF=0.1V olacak şekilde ayarlayınız.
IF akımını ölçerek değerini Tablo 1.1’e kaydediniz.
RF değerini hesaplayarak (RF=VF/IF ilgili kısma yazınız.
(2-4) adımındaki işlemleri tablodaki diğer VF değerleri için tekrarlayınız.
Tablodaki değerler yardımıyla diyotun ileri yöndeki (1.bölge) akım gerilim karakteristiğini Şekil
1.10’a çiziniz.
+V (Ay arlı)
1K
+
V
Vf
mA
Şekil 1.8. Diyotun ileri yöndeki akım-gerilim karakteristiğinin elde edilmesine ilişkin uygulama devresi
Not: Diyotun ters yöndeki sızıntı akımı çok küçük olduğundan elemanın ters yöndeki (3.bölge) I-V karakteristiği
burada verilmeyecektir
1.3.3 Zener diyot akım-gerilim karakteristiğinin incelenmesi
1- Zener diyodun doğru kutuplama karakteristiğini çıkarmak için şekil 1.9 a’da görülen devreyi kurun.
2- Uygulanan E gerilimini, zener diyot üzerinde düşen gerilim değeri V’nin Tablo 1.2’deki her bir değeri
için ayarlayınız. Her bir V değeri için, direnç üzerinde düşen gerilimi ölçünüz. (Direnç üzerinde düşen
gerilim zener diyot üzerinden geçen akımın hesaplanmasında kullanılacaktır.
3- Zener diyodun ters-kutuplama karakteristiğini çıkarmak için dc güç kaynağının yönünü ters çeviriniz.
Ayrıca Şekil 1.9 b’de de görüldüğü gibi 1KΩ’luk direnci 100 Ω’luk dirençle yer değiştiriniz.
4- E gerilimini, Tablo 1.3’te yer alan zener diyot üzerinden geçen akım değerlerini elde edecek şekilde
ayarlayınız. IZ’nin her bir değeri için zener diyot üzerinde düşen V gerilimini ölçünüz.
(a)
(b)
Şekil 1.9 Zener diyot karakteristiğinin belirlenmesi
6
DENEY 1 SONUÇ SAYFASI
Ad- Soyad :
Numara:
Amaç:
Deney sırasında gerekli yerleri doldurunuz.
Deney 1.3.1
Rf 
Rr 
BJT’ nin sağlamlık testi:
Deney 1.3.2
VF (V)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Tablo 1.1 Diyot için ölçüm tablosu
IF (mA)
RF=VF/IF
0

Şekil 1.10
Deney 1.3.3
Tablo 1.2: Zener diyot doğru kutuplama
7
Tablo 1.3 Zener diyot ters kutuplama
Sonuç ve Yorum:
8
2. DENEY
DİYOT UYGULAMALARI I
2.1 Amaç
AC bir işaretin DC işarete çevrilebilmesi için kullanılan temel doğrultma devrelerinin çalışma prensiplerinin ve
özelliklerinin incelenmesi.
2.2 Ön Bilgi
DC ve AC gerilim ve akımlar elektronik elemanlara güç sağlamaktadırlar. Günümüzde taşınma ekonomikliği ve
etkinliği nedeniyle AC güç nakil hatları kullanılmaktadır. Elektronik elemanlarının pek çoğunun çalışması için
gerekli DC güç AC’den DC’ye doğrultma ile mümkün olmaktadır. Doğru akım tek yönlüdür. Diyotun tek yönlü
iletim karakteristiği doğrultma işlemi için en uygun eleman olmasını sağlar. Silikon, germanyum, selenyum ve
bakır oksit doğrultucular güç doğrultucuları olarak işlev yapan katı hal elemanlarıdır. Günümüz elektroniğinin
en yaygın kullandığı doğrultucu Silikon tabanlıdır. 200 mA ile 1000 A arasında yük akımı iletebilen, 1000 V tan
daha yüksek ters tepe gerilimlerine dayanabilen çok çeşitli Silikon doğrultucular mevcuttur.
Temelde iki çeşit doğrultma devresi mevcuttur. Bunlar yarım dalga ve tam dalga doğrultuculardır.
2.2.1 Yarım Dalga Doğrultma Devreleri
Deneyler sırasında kullanılacak olan AC işaret kaynağı 220V/50Hz değerindeki şehir şebekesidir. Ancak
elektronik devrelerde genellikle 5-15 V gibi düşük besleme voltaj kaynakları kullanıldığından 220 V olan şehir
şebekesi voltajı bir transformatör vasıtasıyla istenilen AC voltaj seviyesine düşürülerek doğrultma işlemi yapılır.
+
DC
ÇI
KIŞ
Primer
Sekon
rr
sargı2.1 Yarım dalga doğrultma devresi
Şekil
_
Şekil 2.1’de verilen devrede, trafonun sekonderinde sinüzoidal işaretin pozitif alternansı belirdiğinde, diyodun
anoduna pozitif işaret uygulanmış olduğundan diyot iletime geçer ve devreden bir i akımı akar. Eğer
Vm >> Vd veya ( RL  rD ) ise çıkışta yük üzerinde pozitif alternans yaklaşık olarak elde edilecektir. Trafonun
sekonderinde işaretin negatif alternansı belirdiğinde bu sefer diyodun anoduna negatif bir işaret uygulanmış
olduğundan diyot kesimde olur ve devreden herhangi bir akım akmaz. Böylece çıkışta yük üzerindeki voltaj da
sıfır olur. Bu çalışma durumu her alternans değişiminde devam edecektir. Elde edilen dalga şekli şekil 2.2’de
gösterilmiştir.
Şekil 2.2 Yarım dalga doğrultma devresi çıkış dalga formu
Elde edilen gerilim hem AC hem de DC bileşenlere sahip olup rms ve dc değerleri
9
T
Vdc  Vort 
1
V
Vm .sin  .d  m  0.318Vm

T0

T
Vrms  Veff 
1
V
2
Vm .sin 2  .d  m  0.5Vm

T0
2
Vtepe  2Vrms
formülleriyle hesaplanabilir.
2.2.2 Tam Dalga Doğrultma Devreleri
Doğrultma işleminde çıkıştaki DC bileşeninin seviyesini artırmak ve iyi bir doğrultma yapmak için Şekil
2.3’deki tam dalga doğrultma devreleri kullanılabilir.
Şekil 2.3 Tam dalga doğrultma devresi
Bu devrelerin, yarım dalga doğrultucudan farkları:
-
Orta uçlu transformotorun kullanılması
-
Tek diyot yerine iki diyotun kullanılmasıdır.
Orta uçlu transformotorun üç çıkış ucu vardır. Üst uçla orta uç arası, birinci AC kaynağı; alt uçla yine orta
uç arası da ikinci AC kaynağı ifade etmektedir. Yani orta uç, ortak ( common ) olarak kullanılmaktadır.
Bilindiği gibi transformotorun sekonder sargısının üst ve alt uçları arasında 180 faz farkı bulunmaktadır.
Üst uçta pozitif alternans olduğu anda, alt uçta negatif alternans bulunmaktadır. Orta uç potansiyel olarak 0
Volttur.
İlk anda sekonderin üst ucunun pozitif olduğunu var sayalım. Bu durumda alt uç negatif olacaktır.
Dolayısıyla D2 diyodu tıkama yönünde polarize olur. Yani D2 diyodu yalıtımda olup, üzerinden akım
geçmez. Ancak bu alternans süresince D1 diyodunun anodu, katoduna nazaran daha pozitiftir. Dolayısıyla
D1 diyodu bu anda iletken olur. Devreden geçen I1 akımı D1 ve RL üzerinden geçer. Bu anda RL üzerinde,
üst uç ( + ) olacak şekilde bir gerilim düşümü olur. Bu gerilim düşümü çıkışta tek yönlü bir gerilimin elde
edilmesini sağlar.
Alternans değiştiğinde sekonder sargısının üst ucu ( - ), alt ucu ise ( + ) olur. Bu anda bir önceki durumun
tam tersi gerçekleşir. Yani D2 iletime geçerken, D1 yalıtkan olur. Bu anda devreden geçen akımın yönü
diğer alternanstaki akımın yönüyle aynıdır ve RL üzerindeki gerilim düşümü yönü üst uç ( + ) olacak
şekildedir. Dolayısıyla giriş geriliminin her alternansında devreden çıkış almak mümkün olmaktadır.
Alternans değişimi her ne olursa olsun, devredeki diyotlardan birisi iletime geçeceğinden çıkış gerilim
seviyesi, yarım dalga doğrultmaç çıkışına oranla 2 katı genlikte olmakla birlikte; çıkış gerilimi DC’ ye daha
yakın olacaktır.
T
Vdc  Vort 
1
2V
Vm .sin  .d  m  0.636Vm

T0

2.2.3 Köprü Tipi Doğrultma Devreleri
10
Şeki1 2.3’de köprü tipi doğrultma devresi görülmektedir. Bu doğrultmaç, tam dalgada olduğu gibi girişin
hem pozitif hem de negatif alternanslarında çıkış verir. Dolayısıyla sinyal çıkış şekli tam dalga doğrultmaç
ile aynıdır. Köprü tip doğrultmacın,tam dalga doğrultmaca göre avantajları:
-
Akım kapasitesinin daha yüksek olması,
-
Orta uçlu transformotor yerine tek sargılı sekonder kullanmasıdır.
Devrenin çalışma prensibi, tam dalga doğrultmaca benzerdir.
Şekil 2.3 Köprü Tipi Doğrultma Devreleri
2.2.4 Doğrultma Devrelerinde Filtre Kullanımı
Güç kaynaklarında en önemli nokta, doğrultulmuş çıkışın gerilim dalgalanmasnı minimuma indirmektir.
Dalgalanmanın azalması amacıyla filtrelenme işlemi yapılır. En basit haliyle bir filtre devresi şekil 2.4’te
görüldüğü gibi doğrultucuya paralel olarak bağlanmış bir kondansatörden oluşur. Filtreler doğrudan
dalgalanmayı azaltmazlar. Bunun yerine kondansatörün yük direnci üzerinden dolup-boşalma sürecinden
yararlanarak bunu azaltırlar. Şekil 2.5‘te filtre çıkışındaki dalgalanma (ripple) gözükmektedir. RLC zaman sabiti
ne kadar küçükse, dalgalanma o kadar büyük olur.
Doğrultma devrelerinde filtreleme işleminde yük depolama özelliklerinden dolayı daha çok kapasitör (C) ve
indüktörden (L) faydalanılır. Fakat kolay kullanımı ve çoklu seçenekleri sebebiyle kapasitörlü filtreleme pratikte
çok yaygın bir şekilde kullanılır.
Kapasitör filtrelemeli Doğrultma Devreleri
Kondansatör tek yönlü gerilime karşı depolama özelliği gösterir. Devredeki kondansatöre dikkat edilecek olursa;
devre çıkışındaki RL yük direncine paralel bağlandığı görülecektir. Çıkıştaki pozitif alternans başlangıcı anında
( kondansatör boş iken ) sinyalin yükselmesiyle, kondansatör de şarj olmaya başlar. Bu şarj, sinyalin max. (Vtepe)
noktasına kadar devam eder. Daha sonra giriş gerilimi doğal periyodundan dolayı kondansatör şarj geriliminden
daha düşük seviyeye düşer. Bu istenmeyen durum, kondansatör üzerindeki şarjlı gerilim yardımıyla geçici bir
süre için ortadan kalkar. Kondansatör bu noktada üzerindeki gerilimi deşarj etmeye başlar. Bu anda devrede
sadece paralel R – C devresi kalır. Kondansatör yük direnci üzerinden deşarj olur. Bu süre Şekil 2.4’ de
görüldüğü gibi t = RL*C kadardır. Kondansatörün değeri ne kadar yüksek olursa deşarj süresi o oranda artar. Bu
da devre çıkış geriliminin daha fazla DC’ ye yakın olmasını sağlar. Çıkış geriliminin olabildiğince ripple’sız
(dalgasız ) olması doğrultucularda en çok aranan özelliktir.
Şekil 2.4 Kapasitörlü tam dalga doğrultma devresi
Ripple faktörü rf = işaretin alternatif bileşeninin rms değeri/işaretin ortalama (dc) değeri; ile ifade edilir.
V ' rms
rf  %
 100
Vdc
11
Şekil 2.4’deki kapasitör filtreli tam dalga doğrultucu devresi için
1
*100
4 3. f .R L .C
I
‘dır
Vdc  Vm  dc
4. f .C
rf  %
Şekil 2.5 Doğrultulmuş voltajdaki ripple etkeni
2.3 Deney Çalışması
2.3.1 Yarım Dalga Doğrultucu
1- Şekil 2.6’daki devreyi kapasitör kullanmadan kurun.
2- VL dalga şeklini şekil 2.9 a’ya çizin
3- Şekil 2.6’daki devreye kapasitörü ekleyin.
4- VL dalga şeklini şekil 2.9 b’ye çizin.
Şekil 2.6 Yarım dalga doğrultucu
2.3.2 Tam Dalga Doğrultucu
1- Şekil 2.7’deki devreyi kapasitör kullanmadan kurun.
2- VL dalga şeklini şekil 2.10 a’ya çizin
3- Şekil 2.7’deki devreye kapasitörü ekleyin.
4- VL dalga şeklini şekil 2.10 b’ye çizin.
Şekil 2.7 Tam dalga doğrultucu
12
2.3.3 Köprü Tipi Tam Dalga Doğrultucu
1- Şekil 2.8’deki devreyi kapasitör kullanmadan kurun.
2- VL dalga şeklini şekil 2.11 a’ya çizin
3- Şekil 2.8’deki devreye kapasitörü ekleyin.
4- VL dalga şeklini şekil 2.11 b’ye çizin.
Şekil 2.8 Köprü tipi tam dalga doğrultucu
13
DENEY 2 SONUÇ SAYFASI
Ad- Soyad :
Numara:
Amaç:
Deney sırasında gerekli yerleri doldurunuz.
Deney 2.3.1
(a)
(b)
Şekil 2.9
Deney 2.3.2
(a)
(b)
Şekil 2.10
Deney 2.3.3
14
(a)
(b)
Şekil 2.11
3. DENEY
DİYOT UYGULAMALARI II
3.1 Amaç
Diyotlarla yapılan kırpıcı, kenetleyici ve voltaj katlayıcı devrelerinin incelenmesi
3.2 Ön Bilgi
3.2.1 Kırpıcılar
Girişine uygulanan sinyalin bir bölümünü kırpan devrelere ‘kırpıcı devreler’ adı verilir. En basit kırpıcı devre,
şekil 3.1 a'da görülmektedir. Diyodun yönüne bağlı olarak giriş sinyalinin pozitif veya negatif alternansı kırpılır.
Şekil 3.1’deki gibi bir kırpıcı devrede giriş işaretinin pozitif alternansında diyot doğru yönde polarmalanır.
Çünkü anoduna +V gerilimi, katoduna ise şase (0V) uygulanmıştır. Diyot iletimdedir. Diyot üzerinde 0.7V ön
gerilim görülür. Bu gerilim, diyota paralel bağlanmış R yük direnci üzerinden alınır. Giriş işaretinin negatif
alternansında ise diyot ters yönde polarmalanmıştır. Dolayısıyla kesimdedir. Negatif alternans olduğu gibi RL
yük direnci üzerinde görülür.
Çıkışta oluşan kırpılma şekil 3.1 b’de görülmektedir. Seri ve paralel kırpıcı olmak üzere 2 tipi vardır. Seri
kırpıcılarda diyot yüke seri, diğerinde ise paraleldir.
(a)
(b)
Şekil 3.1 (a)Seri Kırpıcı Devre, (b) Giriş ve Çıkışları
Polarmalı Kırpıcı Devreler:
Şekil 3.2 a’da görüldüğü gibi, devreye V gibi DC bir kaynağın eklenmesi, kırpıcı devrenin çıkışında belirgin bir
etki meydana getirebilir. Böyle devrelerde, diyodun iletime geçebilmesi için anodun katoda nazaran daha pozitif
olması gerekir. Yani giriş sinyali, V değerini aştığı anda diyot iletime geçer.Çıkışta şekil 3.2 b’deki dalga şekli
elde edilir.
15
(a)
(b)
Şekil 3.2 (a)Polarmalı kırpıcı devresi, (b) Giriş ve Çıkışları
3.2.2 Kenetleyiciler
Kenetleyici, bir işareti farklı bir dc seviyeye kenetleyebilen bir devredir. Kenetleyici devrelerinde bir
kondansatör, bir diyot ve bir direnç elemanı bulunmak zorundadır. Devrede kullanılan R ve C elemanlarının
değeri oldukça önemlidir. Bu elemanların zaman sabitesi (τ=RC) yeterince büyük seçilmelidir. Ancak ek bir
kayma elde etmek için bağımsız bir dc kaynak kullanılabilir.
Şekil 3.3 a’da görülen devrenin girişine uygulanan işaretin negatif alternansının ilk yarım saykılında; diyot
doğru yönde polarmalanır ve iletkendir. Diyot kısa devre etkisi göstereceğinden RL direncinin etkisini ortadan
kaldırır. Kondansatör, anında şarj olarak dolar. Kondansatör üzerindeki gerilim;
VC  VT  0.7 V
değerine eşit olur. Bu gerilimin polaritesi; şekil 2.3 üzerinde gösterilmiştir. Giriş işaretinin negatif alternansında;
kenetleyici çıkışında (RL yük direnci üzerinde) 0.7V’luk diyot öngerilimi elde edilir. Bu durum şekil 3.3 b’de
görülmektedir.
Giriş işaretinin pozitif yarım saykılında ise diyot açık devredir. Devreden herhangi bir akım akmaz. RL yük
direnci üzerinde ise; giriş işareti ve kondansatör üzerindeki gerilimlerin toplamı görülür. Devreye K.G.K
uygulanırsa çıkış gerilimi;
VRL  VC  VT
VRL  VT  0.7  VT  2.VT  0.7 V
Devre girişine uygulanan ve +VT ve –VT değerlerinde salınan giriş işareti, kenetleyici devre çıkışında -0.7V
referans seviyesine kenetlenmiştir. Çıkış işareti artık yaklaşık olarak -0.7V ile +2VT-0.7 V değerleri arasında
salınmaktadır. Giriş işaretinin negatif tepe değeri, - 0.7V referans seviyesine kenetlenmiştir.
(a)
(b)
Şekil 3.3 Kenetleyici devre ve dalga çıkış formları
Şekil 3.4’te polarmalı kenetleyici devresi verilmiştir. Burada diyoda seri bağlanan voltaj kaynağı ile çıkış
16
dalgasının taban voltaj değeri değiştirilir.
(a)
(b)
Şekil 3.4 Polarmalı kenetleyici devresi ve dalga çıkış formları
Kenetleyici devrelerde giriş işaretinin tepeden tepeye değeri korunmakta olup, değişim sadece referans
noktasında olmaktadır.
3.2.3 Voltaj Katlayıcılar
Voltaj katlayıcılar girişinden uygulanan işareti isteğe bağlı olarak birkaç kat yükseltip çıkışına aktaran
devrelerdir. Voltaj katlayıcılar, gerilim kenetleyici ve doğrultmaç devreleri birlikte kullanılarak tasarlanır. Voltaj
katlayıcı devreler; yüksek gerilim alçak akım gereksinilen yerlerde kullanılır. TV alıcıları kullanım alanlarına
örnek olarak verilebilir.
Şekil 3.5 Yarım dalga voltaj katlayıcı
Giriş işaretinin (Vi) pozitif yarım saykılında; D1 diyodu iletkendir. C1 kondansatörü girişin tepe değerine şarj
olur. D2 ise bu anda ters polarma olduğundan yalıtımdadır. Dolayısı ile çıkış gerilimi “0V” dur.
Giriş işareti Vi’nin negatif alternansında ise; D1 diyodu ters polarmalandığından yalıtımdadır. D2 diyodu ise
iletkendir. C2 kondansatörü Vi’nin maksimum değerine D2 üzerinden şarj olur. C1 kondansatörü ters polaritede
dolu olduğu için boşalamaz. Çıkış işareti C2 kondansatörü üzerinden alınabilir. C2 üzerindeki gerilim girişin
tepe değeri ve C1 üzerindeki gerilim değerlerinin toplamına eşit olacaktır. Yani VC 2  2Vm ’dir.
Şekil 3.6’da aynı prensiple çalışan voltaj üçleyici ve dörtleyici devreleri verilmiştir.
17
Şekil 3.6 Voltaj üçleyici ve dörtleyici devresi
3.3 Deney Çalışması
3.3.1 Kırpıcılar
1- Şekil 3.7’deki devreyi kurun
2- Vgiriş = 10 Vp-p, f = 50 Hz olacak biçimde sinüs dalgasını ayarlayın
3- Çıkış dalga şeklini Şekil 3.10 a’ya çizin.
4- Girişe Vp-p = 10 V kare dalga uygulayarak çıkış dalga şeklini Şekil 3.10 b’ye çizin.
5- Devredeki DC kaynakları 0 V yaparak çıkış dalga şeklini Şekil 3.11 c’ye çizin.
Şekil 3.7 Kırpıcı Devresi
3.3.2 Kenetleyiciler
1- Şekil 3.8’deki devreyi kurun.
2- Vgiriş = 10 Vp-p, f = 50 Hz olacak biçimde sinüs dalgasını ayarlayın.
3- Vdc =0 V ve RL devrede yok iken çıkış dalgasını gözleyip devrenin çıkışını Şekil 3.12 a’ya çizin.
4- RL = 100 kΩ yapıp, Vdc değerini değiştirerek çıkışı gözleyip devrenin çıkışını Şekil 3.12 b’ye çizin.
Şekil 3.8 Kenetleyici Devresi
3.3.3 Voltaj Katlayıcılar
1- Şekil 3.9’daki devreyi kurun (C1=C2=10 µF ).
2- A-B uçlarına Vgiriş=2 V giriş voltajını uygulayın.
3- C- D uçlarından aldığınız çıkış işaretini Şekil 3.13’e çiziniz.
18
Şekil 3.9 Voltaj Katlayıcı Devresi
DENEY 3 SONUÇ SAYFASI
Ad- Soyad :
Numara:
Amaç:
Deney sırasında gerekli yerleri doldurunuz.
Deney 3.3.1
(a)
(b)
(c)
Şekil 3.10
19
Deney 3.3.2
(a)
(b)
Şekil 3.11
Deney 3.3.3
Şekil 3.12
20
4. DENEY
TRANSİSTÖRLER VE UYGULAMALARI
4.1 Amaç
Yarıiletken elemanlardan transistörlerin karakteristiklerinin ve uygulama devrelerinin incelenmesi
4.2 Ön Bilgi
4.2.1 Transistör Karakteristikleri
Günümüzde akım kontrol elemanı olarak en çok kullanılan yarıiletken düzenler bipolar transistörlerdir. Bipolar
transistörlerin alan etkili transistörlere göre en önemli üstünlükleri akım kontrol yeteneklerinin (geçiş
iletkenliklerinin) daha yüksek olmasıdır.
Kutuplanmış bir transistör için çeşitli akım – gerilim ilişkilerini gösteren eğri veya eğri ailelerine transistörün
özeğrileri denir. Özeğriler arasında en önemli olanları giriş özeğrisi (IB=f(VBE)), geçiş özeğrisi (IC = f (IB) ) ve
çıkış özeğrileri (IC = f (VCE) , IB parametre )’dir.
Giriş Özeğrisi
Ortak emetörlü bir devrede transistörün emetöründen bazına geçen elektronların miktarını (dolayısıyla IE
akımını) belirleyen etken VBE gerilimidir. IE nin VBE ye bağımlılığı pn jonksiyonunun akım gerilim bağıntısı ile
belirlidir.
VBE
I E   I EBS .(e
I
IB   E
(1   )
VT
 1)
(IEBS : emetör baz jonksiyonunun ısıl doyma akımı)
O halde transistörün giriş özeğrisini belirleyen bağıntı:
IB  
V BE
I EBS
.(e VT  1)
(1   )
21
Şekil 4.1 Ortak emiterli transistor ün giriş özeğrisi
Çıkış Özeğrileri
Bir transistörde kollektör akımını emetörden baza difuzyonla geçen taşıyıcılardan, birleşmeyle baz içinde yok
olmadan kollektör jonksiyonuna ulaşabilenler oluşturur. O halde bu akım emetör akımına ve transistörün β’sına,
dolayısıyla baz akımına bağlıdır, fakat kollektör emetör geriliminden bağımsızdır. Yani ideal olarak sabit bir I
B
değeri için çizilecek I = f (V ) eğrisinin yatay bir doğru olması gerekir. Ancak V
C
CE
CE
nin I üzerinde bazı etkileri
C
vardır:
1. Kollektör baz jonksiyonu V
CE
> V
BE
kaldıkça tıkama yönünde kutuplanmış bir jonksiyondur. Bu
jonksiyondaki geçiş bölgelerinin genişliği, tıkama gerilimi yükseldikçe artar. O halde baz bölgesinin etkin
genişliği V (dolayısıyla V ) arttıkça azalır. Baz genişliğinin azalması ise β’nın, dolayısıyla belli bir I
CE
CB
B
değeri için akacak kollektör akımının artması sonucunu verir. Bu etkiye Early Olayı denir.
2. V ‘nin değeri azalma yönünde değiştirilirse V
CE
kutuplayan V
CB
gerilimi sıfıra düşer. V
CE
<V
BE
CE
= V
BE
değerinde çıkış jonksiyonunu tıkama yönünde
için ise kollektör baz jonksiyonu tıkama yönünde değil artık
iletim yönünde kutuplanmıştır. Bu durumda akacak olan baz – kollektör akımını meydana getiren, kollektör
ve baz bölgelerindeki çoğunluk taşıyıcılarıdır ve akımın yönü normal çalışma durumundaki akım yönünün
tersidir. Baz akımına bu olaydan dolayı eklenen bileşenin yönü ise normal baz akımınınkinin aynıdır. O
halde V < V bölgesinde, belirli bir baz akımı için akacak olan kollektör akımı V > V bölgesindekine
CE
BE
CE
göre çok küçüktür ve V
CE
BE
küçüldükçe hızla azalır. Bu bölgeye transistörün doyma (satürasyon) bölgesi
denir. Doyma bölgesinin sınırını belirleyen VCE = VBE noktalarının IB küçüldükçe sola doğru kayacağı
kolayca görülebilir.
Şekil 4.2 Ortak emiterli transistor ün çıkış özeğrisi
Geçiş Özeğrisi:
Çıkış özeğrisinden, V
CE
nin belirli bir değeri için I =f (I ) akım geçiş özeğrisini veren noktalar elde edilebilir.
C
B
Bu özeğri (çıkış özeğrilerinin tam yatay olmaması sebebiyle) değişik V =sabit değerleri için başka başkadır.
CE
Ancak bunlar birbirlerine çok yakın olacağından pratikte ortalama bir V
CE
değeri için tek bir özeğri vermekle
yetinilir. Geçiş özeğrisi başlangıçtan geçen hemen hemen lineer bir eğridir. Bu, β’nın akımdan bağımsız
sayılabileceğini ifade eder. Aslında çok küçük veya çok büyük I değerlerinde bazı ikincil olaylar sebebi ile
C
β’nın değeri düşer, dolayısı ile geçiş özeğrisinin lineerliği bozulur.
22
Şekil 4.3 Ortak emiterli transistorün geçiş özeğrisi
4.3 Deney Çalışması
4.3.1 Transistörün giriş karakteristiğinin belirlenmesi
Şekil 4.4’teki ortak emiterli (OE) BJT’nin beyz-emiter arası normal bir diyot gibi davranır. Ancak ikiden çok
değişkeni olan bu elemanın giriş karakteristiğini gösterebilmek için diğer değişkenin sabit tutulması gerekir.
(1K-10K)
P2
+
mA
2N2222
+
(10K-100K)
P1
Vbb
+
mA
-
Vce
+
V
Vcc
V
Vbe
-
Şekil 4.4
1- Şekil 4.4’teki devreyi kurun.
2- VCE ’yi 5 V’a ayarlayarak bunun deneyin başından sonuna kadar sabit kalmasını sağlayın.
3- P1 yardımıyla
VBE gerilimini 0 V’tan 0.8 V’a kadar 0.1 V aralıklarla artırın.
4- Her VBE değerine karşı gelen I B ve I C akımlarını ölçün ve bunları tablo 4.1’ e kaydedin.
5- Giriş özeğrisini elde etmek için tablodaki bu akım ve gerilim değerlerini şekil 4.8’e çiziniz.
6- Ortak emiterli devrede akım kazancı
yatay ekseninde
 h fe 
I C
VCE  sabit olduğuna göre, x ekseninde I C ve
I B
I B akımları alınarak h fe eğrisini çiziniz.
4.3.1 Multimetre ile transistörün çıkış ve geçiş karakteristiğinin belirlenmesi
1- Şekil 4.5’teki devreyi kurun. (Rb=33kΩ, Rc=1kΩ)
2- Tablo 4.2’de verilen V =0.5-1-1.5-2V için V gerilimlerini sırasıyla uygulayıp istenen akım ve
B
C
gerilimleri ölçerek tabloya kaydediniz.
3- Tablo 4.2’deki verileri kullanarak şekil 4.9 a ve b’ye çıkış ve geçiş karakteristiklerini çiziniz.
23
Şekil 4.5
4.3.2 Osiloskop ile transistörün çıkış karakteristiğinin belirlenmesi
1- Şekil 4.6’daki devreyi kurun (Rb=33kΩ, Rc=1kΩ).
2- Osiloskop ekranında transistörün çıkış karakteristiğini elde edin.
3- V gerilimini yani transistörün baz akımını değiştirerek çıkış karakteristiğindeki değişimi gözleyin.
B
4-
Tablo 4.2’de uyguladığınız V gerilimlerini sırasıyla uygulayarak elde ettiğiniz grafikleri şekil 4.10’a
B
çiziniz ve daha önce çizdiğiniz şekil 4.9 a’daki grafikle karşılaştırın.
Şekil 4.6
4.3.3 Osiloskop ile transistörün geçiş karakteristiğinin belirlenmesi
1- Şekil 4.7’deki devreyi kurun (Rb=33kΩ, Rc=1kΩ).
2- Osiloskop ekranında transistörün geçiş karakteristiğini elde edin.
3- Elde ettiğiniz karakteristiğin doğruluğundan emin olduktan sonra şekil 4.11’e çizin
4- Elde ettiğiniz karakteristiği daha önce çizdiğiniz şekil 4.9 b ile karşılaştırın.
Şekil 4.7
24
DENEY 4 SONUÇ SAYFASI
Ad- Soyad :
Numara:
Amaç:
Deney 4.3.1
Tablo 4.1: Ortak Emiterli bir BJT’nin I-V özeğrilerinin elde edilmesi
VBE (V)
IB (µA)
IC (mA)
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
25
VBE /I B  hie
Şekil 4.8
Deney 4.3.2
Tablo 4.2
26
27
(a)
(b)
Şekil 4.9
Deney 4.3.3
Şekil 4.10
Deney 4.3.4
Şekil 4.11
28
5. DENEY
BJT KUVVETLENDİRİCİLER
5.1 Amaç
BJT’nin kullanıldığı temel kuvvetlendirici devreleri olan ortak emiterli (OE), ortak beyzli (OB) ve ortak
kolektörlü (OK) devrelerin gerçekleştirilmesi ve temel özelliklerinin incelenmesi.
5.2 Ön Bilgi
5.2.1 OE’li Kuvvetlendirici
OE’li bağlantı, yüksek voltaj ve yüksek akım kazancı sağladığından en yaygın olarak kullanılan bağlantı tipidir.
OE’li kuvvetlendirici nispeten düşük girişi direncine ve yüksek çıkış direncine sahiptir. Giriş ile çıkış arasında
0
180 ’lik faz farkı vardır.
Kuvvetlendirici devremizde emiter-beyz jonksiyonu daima ileri yönde kutuplanmalıdır. Eğer ters yönde
kutuplanırsa transistör kesime gider. E-B jonksiyonunun iletime geçmesiyle beyze giren herhangi bir akım,
kolektördeki daha yüksek potansiyelle kolektöre çekilir. Emiter akımının yaklaşık %99’u beyzden geçerek
kollektöre girer, %1 ise beyz devresine gider.
Beyze uygulanan giriş işaretiyle birlikte beyz akımı da artacak ya da azalacaktır. Buna paralel olarak kollektör
akımında da artma ve azalış gözlenir. Beyz akımındaki küçük bir artışın kollektör akımında büyük bir artışa
sebep olmasına kuvvetlendirme denir. Devrenin çıkışında girişten daha büyük bir işaret bulunmasından dolayı
bir kazanç söz konusudur. Bu kazanç ;
AV 
VO
Ic
voltaj kazancı ve  
akım kazancıdır.
Vi
Ib
Şekil 5.1 OE’li kuvvetlendirici
5.2.2 OK’lı Kuvvetlendirici
Genelde emiter takipçisi olarak adlandırılan OK’lı kuvvetlendirici oldukça kullanışlı bir devredir. Bu
kuvvetlendirici yüksek giriş direnci (tipik 150 k) ve düşük çıkış direncine (tipik 80Ω) sahiptir. Beyz-Kollektor
jonksiyonu daima ters kutuplanır. Böylece giriş işareti daima yüksek bir direnç gösterir. Bu devrede giriş işareti
ile çıkış işareti arasında herhangi bir faz farkı olmayıp voltaj kazancı yaklaşık 1’dir. Şekil 5.3’te OK’lı
kuvvetlendirici devresi verilmiştir.
5.2.3 OB’li Kuvvetlendirici
OB’li kuvvetlendirici devresi diğerlerine göre daha az kullanılmaktadır. OB’li konfigürasyon yaklaşık olarak
OE’nin ki kadar yüksek voltaj kazancı sağlamasına rağmen akım kazancı 1’den daha azdır. Üç bağlantı şekli
içerisinde en düşük giriş direncine ve en yüksek çıkış direncine sahip olması dezavantajlarındandır.
OB’li kuvvetlendirici giriş jonksiyonunun (Beyz-Emiter) ileri yönde kutuplanmasıyla çalışır. Çıkış jonksiyonu
(Beyz-Kollektör) ise ters yönde kutuplanır. Şekil 5.4’de OB’li kuvvetlendirici devresi verilmiştir.
29
5.3 Deney Çalışması
5.3.1 OE’li Kuvvetlendirici
1- Şekil 5.2’deki devreyi kurun.
2- Giriş işareti olarak sinyal jeneratöründen milivoltlar mertebesinde 1kHz’lik sinüzoidal bir işaret
uygulayın. Bu girişi maksimum distorsiyonsuz bir işaret elde edecek şekilde ayarlayın.
3- Giriş ve çıkış işaretlerini ölçekli olarak şekil 5.5’e çizerek voltaj kazancını hesaplayın.
4- Giriş işaretini çıkararak dc IB ve IC akımlarını avometre ile ölçerek dc akım kazancını hesaplayın.
+12 V
R1
Rc
3 3K
1K
Vo
C1
1 uF
R2
Vs
3 .3 K
Re
2 20 oh m
1 uF
Ce
Şekil 5.2. Tek katlı OE’li kuvvetlendirici devresi
5.3.2 OK’lı Kuvvetlendirici
1- Şekil 5.3’teki devreyi kurunuz
2- Giriş işareti olarak sinyal jeneratöründen milivoltlar mertebesinde 1kHz’lik sinüzoidal bir işaret
uygulayınız. Bu girişi maksimum distorsiyonsuz bir işaret elde edecek şekilde ayarlayın.
3- Giriş ve çıkış işaretlerini ölçekli olarak şekil 5.6’ya çizerek voltaj kazancını hesaplayın.
4- Giriş işaretini çıkararak dc IB ve IC akımlarını avometre ile ölçerek dc akım kazancını hesaplayınız.
+12 V
R1
3 3K
C1
1 uF
Vs
Vo
R2
3 3K
Re
1K
Şekil 5.3 OK’lü kuvvetlendirici devresi
5.3.3 OB’li Kuvvetlendirici
a) Şekil 5.4’teki devreyi kurun
b) Giriş işareti olarak sinyal jeneratöründen Vp-p=0.1V mertebesinde 1kHz’lik sinüzoidal bir işaret
uygulayın.
c) Maksimum distorsiyonsuz bir işaret elde etmek için (-V) kaynağını ayarlayın.
d) Giriş ve çıkış işaretlerini ölçekli olarak şekil 5.7’ye çizerek voltaj kazancını hesaplayın.
e) Giriş işaretini çıkararak dc IB ve IC akımlarını avometre ile ölçerek dc akım kazancını hesaplayınız.
30
c1
Vo
1 uF
R2
1K
Re
5 .6 K
Vs
-V
+12
Şekil 5.4 OB’li kuvvetlendirici devresi
31
DENEY 5 SONUÇ SAYFASI
Ad- Soyad :
Numara:
Amaç:
Deney sırasında gerekli yerleri doldurunuz.
Deney 5.3.1
(a)
(b)
Şekil 5.5
Av=…………………….
Aı=……………………..
Deney 5.3.2
(a)
(b)
Şekil 5.6
Av=…………………….
Aı=……………………..
Deney 5.3.3
32
(a)
(b)
Şekil 5.7
Av=…………………….
Aı=……………………..
6. DENEY
FETLER VE UYGULAMALARI
6.1 Amaç:
Bir alan etkili transistor FET’in karakteristiğinin çıkarılması, kutuplanması ve AF’lı bir kuvvetlendirici olarak
incelenmesi.
6.2 Ön Bilgi
6.2.1 FET Karakteristikleri
BJT transistörlerin tam tersine FET'ler unipolar (tek kutuplu) olarak adlandırılırlar. Çünkü FET'in çalışması
sırasında sadece tek bir tip yük taşıyıcısı kullanılır. Bu yüzden öz eğrileri de BJT’lerden biraz farklıdır. Mesela
eğriler x eksenine neredeyse paralel denecek kadar düz ve eğimsizdir. Ayrıca VGS ’nin sabit belli bir değerinde
I DS satürasyona (doyuma) ulaştığında, akım artışı belli bir noktadan sonra ani ve keskin bir şekilde olmaktadır.
N kanallı JFET transistörlerde gate-source gerilimi (VGS) negatif olduğunda drain'den source'a bir iletim
gerçekleşir. VGS gerilimi 0V olduğunda G-D jonksiyonu ters polarize olur ve akım akmaz.
JFET transistörlerle ilgili ilginç bir nokta da BJT'nin tam tersine çıkış akımı ID giriş gerilimi VGS tarafından
kontrol edilir. BJT emiteri ortak devreye geri dönersek çıkış akımı IC giriş akımı IB tarafından kontrol edilir.
Şekil 6.1 a'da (Şekil 4' te yer alan kendinden ön gerilimlendirilmiş devrenin) çıkış akımı ID ile giriş gerilimi
VGS arasındaki ilişki gözükmektedir. Çalışma noktasındaki akım ve gerilimi hesaplayabilmek için öncelikle ID
ve VGS'nin maksimum olabileceği değerlerin bilinmesi gerekmektedir. Eğer VGS = 0V ise, ID akımı
maksimum değerdedir ve IDSS olarak adlandırılır (Drain saturasyon akımı). Eğer VGS gerilimi artırılırsa
(negatif arttırılacak) bir noktada ID akımı 0'a eşit olacaktır. ID = 0 olduğu andaki VGS gerilimi VP (pinch-off
gerilimi) olarak adlandırılır.
(a)
(b)
Şekil 6.1 FET geçiş karakteristik eğrisi
Çalışma noktası anındaki akım ve gerilimi hesaplamak için, Şekil 6.1 a'daki denklemlerin aynı anda çözülmesi
gerekmektedir. Sol taraftaki denklem transistörün transfer denklemidir. Sağ taraftaki ise kendinden ön
gerilimlendirilmiş JFET devresi için yük doğrusu denklemidir. Şekil 6.1 b'de Şekil 5'te yer alan gerilim bölücülü
33
ön gerilimlendirilmiş devrenin transfer ve yük doğrusu denklemleri gözükmektedir. Bu devrede VP ve IDSS
değerlerindeki değişimler bir önceki devrede olduğunun tersine, ID akımının fazla değişimine sebep
olmamaktadır.
Şekil 6.1’de sırasıyla hem n-kanallı FET için hem de p-kanallı FET için Vgs = -1V ve +1V’a karşılık gelen
geçit- kaynak karakteristik eğrisi gösterilmiştir. Vgs belirli bir değere ulaştığında geçit akımı (Id) sıfıra düşer ve
Vds değerinden bağımsız hale gelir. Bu andaki geçit-kaynak gerilimi kısılma gerilimi olarak adlandırılır ve Vd
veya Vgs (kesim) ile gösterilir.
(a)
(b)
Şekil 6.1 (a) N kanallı (b) P kanallı FET geçit-kaynak karakteristik eğrisi
6.2.2 FET’li Kuvvetlendiriciler
Şekil 6.5’te kaynağı (source) ortak bağlı bir JFET kuvvetlendirici devresi gözükmektedir. JFET kapı teminali
(gate) bir gerilim bölücü kombinasyonu ile, kaynak devresi de RS direnci ile kendiliğinden ön
gerilimlendirilmiştir. RS direnci direk şaseye bağlanmıştır.
AC çıkış akımının giriş gerilimine oranı olan gm değeri geçişkenlik olarak adlandırılır ve aşağıdaki formül ile
hesaplanır.
VGS
2 IDSS
2 IDSS
ID
gm 
(1 
)
VP
VP
VP
IDSS
Kaynağı ortak veya drain ortak düzenlemelerde gm değeri bilinmiyorsa, gerilim kazancı hesaplanamaz. Ayrıca
gm değeri drain ortak devrede çıkış direncinin hesaplanmasında da kullanılır.
Kaynağı ortak devrede giriş direnci aşağıdaki yaklaşım kullanılarak hesaplanır.
Rin=R1//R2
(R1 ve R2 gerilim bölücü dirençlerdir.)
Bu formülde FET’in kendi direncinin ihmal edildiğini görebilirsiniz. Çünkü burada yer alan PN bileşimi ters
kutuplanmıştır. Dolayısıyla PN bileşimi çok büyük bir direnç göstermektedir. Bu direnç zaten R1 ve R2
direçlerinin değerinden çok büyük olduğundan, her iki direnci paralel kabul ettiğimizde sonuçta ortaya yeni
çıkacak değer de R1//R2 değerine yaklaşık eşit çıkacaktır.
Kaynağı ortak düzenlenmiş kuvvetlendiricide, kaynaktan yüke gerilim kazancı aşağıdaki formülle hesaplanır.
VL
rin
(
)( g m )(rD // RD // RL )
VS
rin  rs
( rS işaret üretecinin iç direnci, rD JFET’in drain iç direnci, RD harici drain direnci,
RL ise yük direncidir.)
Emiteri ortak BJT kuvvetlendiriciler gibi, kaynağı ortak JFET kuvvetlendiriciler de, eviren kuvvetlendiricilerdir.
Çıkış direnci aşağıdaki yaklaşımla hesaplanır.
rO  rD // RD  RD
Yukarıdaki yaklaşım rD değerinin
RD değerinden çok büyük olduğu durumlarda geçerlidir.
Şekil 6.6’da JFET drain ortak olarak düzenlenmiş kuvvetlendirici devresi gözükmektedir. Bu tip düzenlenmiş
devreler kaynak takipçisi olarak da adlandırılır. Kaynak takipçisi kuvvetlendiricilerde kazanç 1’den küçük,
giriş direnci yüksek ve çıkış direnci de düşüktür. Giriş direnci bir önceki kuvvetlendirici devrede (kaynağı ortak)
olduğu gibi hesaplanır.
Drain ortak devrenin küçük-işaret eşdeğer devresini analiz edersek, kaynaktan yüke olan gerilim kazancının
aşağıdaki formülle hesaplandığını görebilirsiniz.
VL
r
( g m )( rD // RS // RL )
 ( in )
VS
rin  rs 1  ( g m )( rD // RS // RL )
Çıkış direnci ro aşağıdaki gibi hesaplanır.
34
rO 
RS
1

1  gm R S gm
Yukarıdaki yaklaşım gm RS >> 1 olduğu durumlarda geçerlidir.
6.3 Deney Çalışması
6.3.1 FET Karakteristikleri
1- IDSS ve VP değerlerini bulabilmek için Şekil devreyi kurunuz.
2- VGS = 0 V (gate şaseye bağlanacak) iken VRD gerilimini ölçünüz. IDSS akımını hesaplayınız.
( I DSS 
VRD
)
RD
3-
VRD gerilimi 0V (RD direnci üzerinden geçen akım 0 olacak şekilde) olacak şekilde VGS gerilimini
ayarlayınız. (Negatifliğini artırınız) ID akımı 0 iken ölçülen VGS gerilimi Vp’ye eşittir.
45-
Şekil 6.2
JFET kendinden ön gerilimlendirilmiş devreyi incelemek için şekil ‘deki devreyi kurunuz.
VGS, VDS, VRD değerlerini ölçüp tablo 6.1’e kaydediniz. VRD değeri ID akımının hesaplanması için
kullanılacaktır.
Şekil 6.3
6- JFET gerilim bölücülü ön gerilimlendirilmiş devreyi incelemek için Şekil ‘deki devreyi kurunuz.
7- VGS, VDS ve VRD değerlerini ölçüp, tablo 6.2’ye kaydediniz.
35
Şekil 6.4
6.3.2 FET’li Kuvvetlendirici
1- Kaynağı ortak devreyi incelemek için Şekil 6.5‘te verilen devreyi kurunuz.
2- VS =0 iken, VRD ve VGS gerilimlerinin dc değerlerini ölçünüz. Bu değerleri kullanarak,
I D ve gm
değerlerini hesaplayınız.
İşaret üretecinin çıkışından 200 mVt-t ve 1 KHz’lik bir sinyal elde ediniz ve bunu devreye bağlayınız.
Çift ışınlı bir osiloskop kullanarak giriş (VS) ve çıkışı (VL) aynı anda gözlemleyiniz. Her iki gerilimin
tepeden tepeye değerlerini ölçüp, aralarında faz farkı olup olmadığını belirleyiniz.
5- CS kondansatörünü devreden çıkarıp, VL gerilimini tekrar ölçünüz.
34-
6-
CS kondansatörünü tekrar devreye bağlayınız. Kaynağı ortak kuvvetlendiricinin giriş direncini ölçmek
için 50 KΩ’luk bir potansiyometreyi giriş aktarım kondansatörü ile işaret üretecinin arasına seri
bağlayınız.
7- Potansiyometreyi, VL gerilimi maksimum oluncaya dek ayarlayınız. Daha sonra potansiyometreyi
VL ’nin yarısını elde edecek şekilde ayarlayınız. Potansiyometreyi devreden çıkarıp, değerini ölçünüz.
Gerilim bölme kuralından yola çıkarak, bu direncin kaynağı ortak (common source) bağlantının giriş
direncine eşit olduğu söylenir.
8- Giriş direncini tablo 6.3’e kaydedin.
9- Çıkış direncini ölçmek için 10 KΩ’luk bir potansiyometreyi çıkış aktarım kondansatörü ile şase arasına
bağlayınız. (22 KΩ’luk yük direncini çıkardıktan sonra)
10- İşlem basamağı 7’dekine benzer bir teknikle çıkış direncini ölçünüz ve tablo 6.3’e kaydedin.
Şekil 6.5
11- Drain ortak devreyi incelemek için, şekil 6.6’daki devreyi kurunuz.
12- VS = 0 iken VGS ve VRS gerilimlerini ölçüp, kaydediniz. Ölçtüğünüz bu değerler
I D ve gm
değerlerinin hesaplanmasında kullanılacaktır.
13- Kaynak ortak devre örneğindeki gibi, Drain ortak devre için Ri ve ro’ ı bularak değerlerini tablo 6.3’e
kaydedin.
36
Şekil 6.6
DENEY 6 SONUÇ SAYFASI
Ad- Soyad :
Numara:
Amaç:
Deney 6.3.1
IDSS=…………….
VP=………………..
Tablo 6.1
(Volt)
Ölçüm
Sonuçlarına
Göre
Hesaplamalara
Göre
VGS
VDS
VRD
Tablo 6.2
(Volt)
Ölçüm
Sonuçlarına
Göre
Hesaplamalara
Göre
VGS
VDS
VRD
Deney 6.3.2
Tablo 6.3
Kaynağı ortak
Id
gm
Ri
ro
37
Drain i ortak
7. DENEY
KUVVETLENDİRİCİLERDE ALT VE ÜST KESİM FREKANSI
7.1 Amaç
- Emiteri ortak kuvvetlendiricinin alt kesim frekansını ve aktarım ve bypass kondansatörlerinden kaynaklanan
alt kesim frekanslarını; üst kesim frekansını ve şönt kapasitanslardan kaynaklanan üst kesim frekanslarını
belirlemek. Miller kapasitansının üst kesim frekansı üzerindeki etkisini incelemek.
7.2 Ön Bilgi
7.2.1 Alt Kesim Frekansı
Frekans azaldıkça aktarım kondansatörlerinin empedansı artar. Dolayısıyla BJT kuvvetlendiricinin gerilim
kazancı frekans azaldıkça azalır. Çok düşük frekanslarda aktarım kondansatörlerinin kapasitif reaktansı, giriş ve
çıkış gerilimlerinin bir kısmını düşürmek için yeterli büyüklükte olabilir. Aynı zamanda emiter bypass
kondansatörü de çok düşük frekanslarda emiter direncini kısa devre etmeyecek büyüklüğe ulaşabilir.(Frekans
azaldıkça XC değeri büyüdüğünden artık CE kondansatörü kısa devre kabul edilemez büyüklüğe ulaşmış
olacaktır.)
Şekil 7.1’de bir BJT kuvvetlendirici üzerindeki kapasitörleri inceleyiniz.
Aşağıdaki denklemler gerilim kazancının ortaband değerinden 3dB düştüğü yani ortaband gerilim kazancının
(Av) 0.707 katı olduğu andaki alt kesim frekansını hesaplamak için kullanılır.
f1 (C1 ) 
(
1
[2 (rin( kat )  rS )C1 ]
f1 (C1 ) C1 ‘den kaynaklanan alt kesim frekansı, C1 giriş aktarım kondansatörü, rin(kat ) kuvvetlendiricinin giriş
direnci ve
rS kaynak direncidir.)
f1 (C2 ) 
(
1
[2 (ro ( kat )  RL )C2 ]
f1 (C2 ) C2 ‘den kaynaklanan alt kesim frekansı, C2 çıkış aktarım kondansatörü, ro (kat ) kuvvetlendiricinin
çıkış direnci ve RL yük direncidir.)
f1 (CE ) 
1
[2 (rTH )CE ]
( f1 (CE ) CE ’den kaynaklanan alt kesim frekansı, CE emetör bypass kondansatörü ve
parelel olan Thevenin direncidir.)
38
rTH kondansatöre
rTH  RE //[ re 
RB // rs

]
(RB= giriş ön gerilimlendirme direçlerinin paralel eşdeğeri)
f1 (C1 ) , f1 (C2 ) , ve f1 (CE ) frekansları değer olarak birbirine yakın değildir. Gerçek alt kesim frekansı
yaklaşık olarak bu üç değerin en büyüğüne eşittir.
5.2.2 Üst Kesim Frekansı
Frekans artarsa, kondansatörün kapasitif reaktansı azalır. Bu olay, kuvvetlendirici yüksek frekansta
kullanıldığında bazı problemler yaratabilir. Transistörler, uçlarının her çifti arasında kendi iç yapısında var olan
şönt kapasitanslara sahiptir. Bu kapasitanslar yüksek frekanslarda ac sinyal gerilimini büyük ölçüde kısa devre
eder. Bundan dolayı, yüksek frekans kuvvetlendiricilerinde şönt kapasitanslar oldukça küçük olmalıdır.
Bu deneyde, kuvvetlendirici devresinde yapay şönt kondansatörler kullanılacaktır. Çünkü transistörün iç
yapısındaki asıl kapasitansların ölçülmesi çok zordur. Devrenin tasarımında kullanılan tellerden kaynaklanan
kapasitansı da ölçmek aynı derecede zordur.
Yapay kondansatörlerin değeri az önce bahsedilen, asıl kapasitansın değerinden çok daha fazla büyük olduğu
için bunların paralel kombinasyonu yaklaşık olarak yapay kondansatörlerin değerine eşittir. Amaç,
kuvvetlendiricilerde şönt kapasitanstan kaynaklanan problemler hakkında bilgi kazanmak için yüksek frekans
cevabını incelemek ve bir kuvvetlendiricinin üst kesim frekansı ile ilgili pratik ölçmeler yapmaktır.
Üst kesim frekansı, kuvvetlendiricinin gerilim kazancının –3 dB düştüğü noktadaki veya orta band değerinin
0.707 katı olduğu andaki iki frekanstan (çünkü bir kuvvetlendiricinin kazancı hem alt kesim frekansında hem de
üst kesim frekansı anında 3dB düşer) büyüğüne eşittir. Şekil 7.2’deki devre için, giriş şönt kapasitansı CA ‘dan
kaynaklanan üst kesim frekansı f2(CA) aşağıdaki eşitlik kullanılarak hesaplanabilir:
f 2 (C A ) 
1
[2 (rin( kat ) // rs )C A ]
CA = CBE + CM
CM Miller kapasitans olarak adlandırılır ve (1- AM ) faktörü ile iç kapasitans CCB ‘nin çarpımına eşittir.
CM = CCB (1- AM )
Burada AM girişten yüke gerilim kazancıdır.
Miller kapasitansı, transistörün diğer şönt kapasitanslarından daha büyüktür. Bununla birlikte Miller kapasitansı
hesaplama denklemi sadece eviren kuvvetlendirici için geçerlidir. Evirmeyen kuvvetlendiriciler, Miller
kapasitanstan etkilenmez. Bundan dolayı, bu genellikle çok yüksek frekanslardaki kuvvetlendirme işlemlerinde
kullanılır. AM , işaret üretecinin iç direncini ve kuvvetlendiricinin giriş direnci arasındaki gerilim bölücüyü
hesaba katmaz. Bundan dolayı
AM ‘nin değeri kaynaktan yüke doğru olan tüm kazanca
Şekil 1’deki devre için, çıkış kondansatöründen kaynaklanan üst kesim frekansı
kullanılarak hesaplanabilir:
f 2 (CB ) 
VL
‘ye eşit değildir.
VS
f 2 (CB ) aşağıdaki eşitlik
1
[2 (rO ( kat ) // rL )CB ]
CB = CCE
f 2 (CA ) ve f 2 (CB ) birbirine değer olarak yakın olmasalar bile, kuvvetlendiricinin asıl üst kesim frekansı
yaklaşık olarak bu iki frekansın küçük olanına eşittir.
7.3 Deney Çalışması
7.3.1 Alt Kesim Frekansını Belirleme
1- Emiteri ortak kuvvetlendiricinin alt kesim frekansa tepkisini ölçmek için, şekil 7.1’deki devreyi
kurunuz.
39
2-
İşaret üretecini Vs = 50mVt-t ve 10kHz‘e ayarlayarak
orta band gerilim kazancı
3-
4-
5-
6-
7-
VL gerilimini ölçünüz ve kaydediniz. Bu değer
VL
‘nin hesaplanmasında kullanılacaktır.
VS
İşaret üretecinin frekansını Tablo 7.1‘de verilen her frekans değerine düşürerek, her bir frekanstaki VL
gerilimini ölçünüz. İşaret üretecinin çıkış geriliminin sabit olduğundan emin olunuz. Bu değerler
kuvvetlendiricinin düşük frekanslara olan tepkisinin grafiğe aktarılmasında kullanılacaktır.
İki kondansatörün değeri çok yüksek seçilerek, bu kondansatörlerin alt kesim frekansı üzerindeki
etkileri ihmal edilebilir. Bundan sonra üçüncü kondansatörden kaynaklanan kesim frekansı daha rahat
ölçülebilir. Bunun için Şekil 7.1 ‘deki devreyi aşağıdaki kondansatör değerlerine göre tekrar kurunuz.
(Şekil 7.1 ‘de gösterilen polaritelere dikkat ediniz.) C1 =0.1μF , C2 =100μF , CE =100μF
Vs’nin 50mVt-t değerde olduğundan emin olduktan sonra, işaret üretecinin frekansını, çıkış gerilimi (
yani dolayısıyla gerilim kazancı ) 2. işlem basamağında ölçülen gerilimin 0.707 katına eşit oluncaya
kadar ayarlayınız. Bu olayın meydana geldiği frekans f1(C1) değeridir. Bulduğunuz frekans değerini
tablo 7.2’ye kaydedin.
Aşağıda verilen kondansatör değerlerini kullanarak f1(C2) frekansını bulmak için 5 ve 6 nolu işlem
basamaklarını tekrarlayınız ve bulduğunuz frekans değerini tablo 7.2’ye kaydedin.
C1 =100μF , C2 =0.22μF , CE =100μF
Aşağıda verilen kondansatör değerlerini kullanarak f1(CE) frekansını bulmak için 5 ve 6 nolu işlem
basamaklarını tekrarlayınız ve bulduğunuz frekans değerini tablo 7.2’ye kaydedin.
C1 =100μF , C2 =100μF , CE =4.7μF
Şekil 7.1 BJT kuvvetlendiricinin alt kesim frekansını belirleme
7.3.2 Üst Kesim Frekansını Belirleme
1- Emiteri ortak kuvvetlendiricinin yüksek frekans cevabını incelemek için, şekil 7.2’deki devreyi
kurunuz. Devrede gösterilen CCB , CBE ve CCE kondansatörleri interelektrod kondansatörlere
karşılık gelmektedir. Kasıtlı olarak çok daha büyük yapılmıştır.
2- İşaret üretecini Vs= 50mV t-t ve 500 Hz ‘e ayarlayıp, VL gerilimini ölçerek kaydediniz. Bu değer orta
band gerilim kazancı
AM ’ nin hesaplanmasında kullanılacaktır.
İşaret üretecinin çıkışını Tablo 7.3‘te verilen her frekans değerine ayarlayarak, her frekanstaki VL
gerilimini ölçünüz. İşaret üretecinin frekans değişmelerine karşılık 50 mV t-t ‘te sabit kaldığından emin
olmak için periyodik olarak işaret üretecini devreden söküp, çıkış gerilimini ölçünüz.. VL değerleri
kuvvetlendiricinin yüksek frekans cevabının çizilmesinde kullanılacaktır.
4- Çıkış kondansatörü CCE ‘den kaynaklanan üst kesim frekansını saptamak için, diğer iki şönt
3-
kapasitansı
CBE ve CCB ‘yi devreden çıkartınız. İşaret üretecinin frekansını, çıkış gerilimi 2. işlem
basamağında ölçülen değerin 0.707 katı oluncaya kadar ayarlayınız. Bu frekansın meydana geldiği
değer f 2 (CE ) veya f 2 (CB ) dir.
5- Giriş kapasitansları
CBE ve CCB ’den kaynaklanan üst kesim frekansını hesaplayabilmek için çıkış
şönt kondansatörü CCE ‘yi kaldırın. Giriş kondansatörleri CBE ve CCB yi tekrar devre bağlayın. İşlem
40
basamağı 4’ü tekrarlayın. Bu kesim frekansı,
CCB den kaynaklanan CM ’nin olduğu andaki
f 2 (CA ) veya f 2 (CBE  CM ) ’dir.
6- Giriş kondansatörü CBE ’yi kaldırın ve işlem basamağı 4’ü tekrarlayın. Bu CCB ’den kaynaklanan
Miller kapasitansın etkisini, giriş kondansatörü CBE ile ilişkili olarak kanıtlayacaktır.
Şekil 7.2
DENEY 7 SONUÇ SAYFASI
Ad- Soyad :
Numara:
Amaç:
Deney sırasında gerekli yerleri doldurunuz.
Deney 7.3.1
FREKANS
Tablo 7.1
VL (VOLT)
AV 
VL
VS
10 kHz
7.5 kHz
5 kHz
2 kHz
1.5 kHz
1 kHz
900 Hz
750 Hz
500 Hz
250 Hz
200 Hz
100 Hz
50 Hz
Tablo 7.2
ÖLÇÜLEN DEĞER
f1 (C1 )
f1 (C2 )
41
HESAPLANAN
DEĞER
f1 (C3 )
Deney 7.3.2
Tablo 7.3
FREKANS
VL (VOLT)
AV 
VL
VS
500 Hz
1 kHz
5 kHz
10 kHz
15 kHz
17 kHz
20 kHz
40 kHz
42 kHz
45 kHz
50 kHz
75 kHz
100 kHz
Tablo 7.4
ÖLÇÜLEN DEĞER
f 2 (CA)
f 2 (CB )
42
HESAPLANAN
DEĞER
8. DENEY
KUVVETLENDİRİCİLERDE GERİ BESLEME
8.1 Amaç
Kuvvetlendiricinin açık ve kapalı çevrim kazancını, geri-besleme varken ve yokken bant-genişliğini ölçmek.
Geri-beslemenin kuvvetlendiricinin bant-genişliği üzerindeki etkisini incelemek.
8.2 Ön Bilgi
Aktif elemanlar, tam olarak belirlenmemiş veya sıcaklığa bağlı bazı parametrelerle ifade edilen bir karakteristik
gösterirler. Örneğin transistörlerde kollektörden beyze doğru oluşan akım kazancı, aynı eleman numarasına
sahip olmasına rağmen, bir transistorden diğerine farklılık göstermektedir. Bu akım kazancı, elemanın kendi
parametrelerine ve ortam sıcaklığına bağlı olarak değişmektedir. FET için de aynı şeyleri söylemek mümkündür.
Bunlardan ötürü, bu elemanları kullanarak yapılan kuvvetlendiricilerin tasarımı sırasında, çıkışta istenen kazancı
elde etmek için, transistör parametrelerinin kazanç üzerindeki etkisini azaltacak bir yönteme başvurulmalıdır.
Bunun yanında direnç, kondansatör, bobin gibi pasif devre elemanlarını içinde bulunduran devreler, sabit bir
değerde kalacak hassasiyette üretilmektedirler.
Fakat diğer taraftan bu söz konusu pasif devreler, kazanç sağlama yeteneğine sahip değildirler. Sabit bir kazanç
elde edebileceğimiz kuvvetlendiricilerin tasarımında, pasif devre elemanlarının hassasiyeti ile aktif devre
elemanlarının kazanç oluşturma özelliklerini birleştirilerek istenen sonuca varabiliriz. Bu sebepten geri besleme
bir çok devrede kullanılır. İdeal bir geri beslemeli kuvvetlendirici devresi için Şekil 8.1’e bakınız.
43
Şekil 8.1
Hassasiyeti yakalamanın yanında kuvvetlendiricilerde geri beslemenin daha önemli yararları vardır. Örneğin,
negatif geri besleme bant-genişliğini artırır; giriş ve çıkış direncini kontrol eder; çıkış işaretindeki bozulmaları
azaltır. Şekil 8.1’deki negatif geri beslemeli kuvvetlendiricinin blok diyagramında, çıkışta 1 ve 2 nolu girişlerin
farkı alınmaktadır. Eğer 2 nolu giriş toprağa bağlanırsa, kuvvetlendiricinin çıkışından girişine ulaşan işaret
aşağıdaki gibidir:
ea = ein – 0 = ein
Açık çevrim kazancı
Go
G o , A kazancına sahip ideal bir kuvvetlendirici için aşağıdaki formülle bulunur:
eout eout

A
ein
ea
Geri besleme devresi ile fark devresi arasındaki anahtar kapatılırsa, çıkış işaretinin bir kısmı giriş işaretinden
çıkarılır. Geri-besleme devresinin kazancı F, normalde 1’den küçüktür. İdeal olarak kabul edilen
kuvvetlendiricide olaşan işaret bundan dolayı azalmış olacaktır.
ea = ein – Feout
Çıkış gerilimi, açık çevrim değerinden daha küçük olacaktır. Çıkış gerilimi aşağıdaki formül kullanılarak
hesaplanabilir:
eo = A( ein – Feout ) = G ein
Kapalı çevrim kazancı ise aşağıdaki gibi hesaplanır.
G
eout
A

………………………………………………………………………….(1)
ein 1  AF
Negatif geri beslemede, kapalı çevrim kazancı G her zaman açık çevrim kazancı
Açık çevrimde
G o ’dan daha küçüktür.
e m işareti ein işaretine eşittir ve çıkış işaretine bakmaksızın sabit kalır. Çıkış, A ile doğru
orantılı olarak değişir. Bu yüzden sıcaklık değişimleri veya elektronik malzemenin değişimi, çıkış gerilimini
oldukça etkiler. Kapalı çevrimde ise, ideal kuvvetlendiricinin girişinde ulaşan e m işareti aşağıdaki gibi
hesaplanır:
e m = ein -
Feout
Çıkış gerilimi yine A cinsinden yazılır. Eğer kazanç artarsa, çıkış gerilimi de artacaktır. Ancak
eout arttıkça e m
azalmaktadır.
Bant Genişliğinin Artması
Geri besleme, açık çevrim kuvvetlendiricisine göre geri beslemeli kuvvetlendiricinin bant genişliğini
artırmaktadır. Şekil 8.1’deki negatif geri beslemeli kuvvetlendiricide, ideal kuvvetlendiricinin W' bant
genişliğine sahip olduğunu var sayalım.
Am
………………………………………………………………………………..(2)
jW
1
W'
Am orta bant gerilim kazancıdır. Öyleyse kazanç-bant genişliği çarpımı, Am .W' ye eşit olacaktır.
A
44
Kapalı çevrim için 1 nolu eşitlikte, 2 nolu eşitliği yerine koyarsak; sonuçta G’yi frekansa bağımlı olarak
buluruz.
Am
A
1  ( jw / w' )

Am F
1  AF 1 
1  ( jw / w' )
Ara işlemlerden sonra,
G
Am
1

1  Am F 1  j[ w / w' (1  Am F )]
elde edilir.
Geri besleme varken bant genişliği, açık çevrime göre
w' (1  Am F ) oranında artmakta; fakat bunun yanında
yine aynı oranda kazanç azalmaktadır. Kazanç-bant genişliği çarpımı sabit olduğuna göre, kazanç ve bant
genişliği ters orantılı olarak değişmektedir. Şekil 8.2 ‘de açık ve kapalı çevrim frekans cevapları gösterilmiştir.
Şekil 8.2
8.3 Deney Çalışması
Şekil 8.3’deki devreyi kurunuz.
S anahtarı açıkken çıkış gerilimini ölçüp, kuvvetlendiricinin açık-çevrim kazancını hesaplayınız.
S anahtarını kapatınız. Çıkış gerilimini ölçüp, kuvvetlendiricinin kapalı-çevrim kazancını hesaplayınız.
Geri besleme direncini RF = 47 KΩ yapınız ve T1 transistörünü β’sı çok farklı olan bir başka transistör
ile yer değiştiriniz. İşlem basamakları 2 ve 3’ü tekrarlayınız.
5- Geri besleme yokken, kuvvetlendiricinin üst kesim frekansını belirleyiniz.
6- Geri besleme direncini devreye tekrar takınız ve kuvvetlendiricinin üst kesim frekansını belirleyiniz..
RF = 47 KΩ ve RF = 22 KΩ için işlemi tekrarlayınız.
7- T1 transistörünü bir havyayla transistöre değmeden ısıtınız. Isıtma işlemini açık ve kapalı çevrim için
tekrarlayıp; açık ve kapalı çevrim çıkış gerilimlerindeki değişimleri gözlemleyiniz. Kapalı çevrim
ölçümlerini RF = 47 KΩ ve RF = 22 KΩ için ayrı ayrı gerçekleştirip, değerleri Tablo 8.1 ‘e kaydediniz.
1234-
45
Şekil 8.3
DENEY 8 SONUÇ SAYFASI
Ad- Soyad :
Numara:
Amaç:
Deney sırasında gerekli yerleri doldurunuz.
Deney 8.3.1
Tablo 8.1
46
9. DENEY
KARARLILIK VE OSİLATÖRLER
9.1 Amaç
Geribesleme devrelerinde kararlılık kriterlerinin incelenmesi, Wien köprü osilatörü ve RC faz kaymalı
osilatörünün gerçekleştirilmesi.
9.2 Ön Bilgi
9.2.1 Kararlılık Kriterleri
47
Birçok uygulamada parametrelerini istediğimiz gibi seçebileceğimiz veya ayarlayabileceğimiz işaret
üreteçlerine (kaynaklarına, osilatörlerine) gerek duyarız. En sık kullanılanları sinüsoidal ve darbe dizisi gerilim
üreteçleridir. Bu tür kaynaklar her zaman pozitif geribeslemeli devrelerdir. Geribeslemeli bir sistemin kazancı
Kf 
K
……………………………………………………………………….…….(1)
1  K
dir. Sistemin kararlı olabilmesi için 1+β (s)K(s) paydasının sıfırları (ki bunlar Kf’nin kutuplarıdır) s düzleminin
sol yarısında bulunmalıdırlar. |1+ β (w)K(w)| > 1 olduğu sürece geribesleme negatif ve |1+ β (w)K(w)| < 1
olduğunda pozitiftir. Geribesleme pozitif olduğunda Kf > K olacağına dikkat ediniz. |1+ β (w)K(w)| = 0
dolayısıyla β (w)K(w) = -1 kosulu sağlandığında Kf = ∞ olur. Bu, devrenin (sistemin) osilasyon (salınım)
yapması koşuludur. Olguyu daha fiziksel olarak kavramak isterseniz, şekil-9.1’de verilen sistemi göz önüne
alınız.
Şekil 9.1
Görüldüğü gibi geribesleme yolu kapatılmamıştır. Şekilden;
U o  K .U g ………………………………………………………………………………(2)
Uf = -β.
U o = - β.K. U g …………………………………………………………….…..(3)
yazılabilir. Sayet
-β(w)K(w)=1
koşulu sağlanırsa
Uf = Ug ………………………………………………………………..…………………(5)
olur. Dolayısıyla bu koşul sağlandığında, kuvvetlendiricinin girişine uygulanan Ug işaretini kaldırıp,
geribesleme yolunun çıkışını (Uf işaretini) kuvvetlendiricinin girişine bağlayacak olursak girişine işaret
uygulanmasa da çıkıştaki işaret Uo olmaya devam edecektir. Girişine uygulanan bir işaret olmadan devre
istenen çıkış işareti için gereken giriş işaretini kendisi üretmektedir ve devre bir işaret kaynağı olarak
çalışmaktadır. Bu işin sürüp gidebilmesi için (5) eşitliğinin tüm zamanlarda sağlanması gerekir. (4) koşulu
çevrim kazancının 1’e eşit olması anlamına gelir. -1 işaretinden ötürü, eşitliğin sağlanabilmesi için β veya K’nın
1800 faz döndürerek bir negatif ön işaret daha getirmesi gerekir. Bu ise β, K veya her ikisinin toplam 1800 daha
faz farkına sahip olmasının gerektiği demektir.
Hem β, hem de K devresi doğrusal ise, kuvvetlendiricinin U o çıkış işareti sinüsoidal olacaktır, zira doğrusal
devrelerden şekli bozulmadan geçebilen tek işaret sinüsoidal işarettir. Diğer taraftan gerçek sistemlerin ancak
belirli bir çalışma aralığında doğrusal sayılabileceklerini biliyorsunuz. İşin doğrusu, işaret üreteçlerinde
kullanılan tüm devreler doğrusal olsalardı, bu tür kaynakları yapmak olanaksız olurdu. Zira –β.K=1 koşulu, olsa
olsa yaklaşık olarak sağlanabilir. Fakat hiçbir zaman tam tamına gerçeklenemez. |1+βK|’nın, 1’den ε kadar
büyük olduğunu varsayalım. ε’u ne kadar küçük yaparsanız yapın, işaret β.K yolu üzerinden her geçişinde biraz
kuvvetlenecektir. Bu nedenle ki Uo genliği sürekli olarak artacaktır. Tersine , |1+βK|=1-ε olacak olursa işaret
çıkıştan girişe her gelişinde biraz zayıflayacağından salınımlar yavaş yavaş sönüp gideceklerdir.
Çıkış genliği zamanla değişmeyen (buna kararsızlığın kararlı olması da diyebilirsiniz) kaynaklar yapabilmemizi
devre elemanlarının doğrusal olmamalarına borçluyuz. Osilatörler her zaman |1+βK|, 1’den biraz küçük olacak
şekilde (pozitif geribeslemeli) tasarlanırlar. Devreye gerilim uygulanmasından sonra, çıkışta bir işaret doğar ve
genliği yavaş yavaş artmaya başlar. Sistem doğrusal olmadığından genlik artıkça kuvvetlendiricinin kazancı
azalır. (4) koşulunun sağlandığı genliğe (veya bu genliği sağlayan çalışma noktasına) ulaşıldığında genlik sabit
kalır.
İşaretin girişten başlayıp kuvvetlendirici ve geribesleme yolu üzerinden yeniden girişe gelen yolculuğundaki
toplam faz farkı, 2π veya bunun tam katları olmalıdır ki girişteki işaret geribesleme yolundan gelen işarete eş
olsun. Osilasyonlar ancak bu sayede sürekli olurlar. Hem kuvvetlendiricinin hem de geribesleme devresinin fazı,
frekansa bağlı olduğundan yukarıdaki koşul tek bir frekansta sağlanır. Bu koşulun sağlandığı frekans devrenin
salınım frekansıdır. Fakat bu frekansta aynı anda ikinci bir koşulun daha sağlanması gerekir. Osilasyonların
48
sönmeden devam edebilmesi için çevrim kazancının (yani |βK|) genliği 1’e eş olmalıdır. Her iki koşulu
kapsayan matematiksel ifade
βK=-1……………………… (6)
olup, Barkhausen kriteri olarak bilinir.
9.2.2 Osilatörler
DC gerilimi istenilen frekansta işaretlere dönüştüren devrelere osilatör denir. Osilatörler DC gerilim kaynakları
ile beslenirler. Bir osilatör devresi; osilasyonu başlatan rezonans devresi, kuvvetlendirici 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 kuvvetlendirici devresine
gereksinim vardır. Ayrıca osilasyonun sürekliliğini sağlamak için kuvvetlendirici devresinde pozitif geribesleme
yapılmalıdır. Şekil 9.2’de ortak emetörlü bir kuvvetlendirici devresi görülmektedir. Bu kuvvetlendirici devresini
geliştirerek bir osilatör devresine dönüştürebiliriz. Ortak emetörlü kuvvetlendirici devresinde; kuvvetlendirici
girişine uygulanan işaret ile çıkışından alınan işaret arasında 1800 faz farkı olduğunu biliyoruz. Ortak emetörlü
kuvvetlendirici devresini bir osilatör haline dönüştürmek için; kuvvetlendirici çıkışından alınacak işaretin bir
kısmı, pozitif geribesleme ile kuvvetlendirici girişine uygulanmalıdır. Bu osilasyonun sürekliliği için gereklidir.
Şekil 9.2 OE’li kuvvetlendirici
Faz Kaymalı RC Osilatör
Kuvvetlendirici çıkış gerilimini; girişe geri besleyerek osilasyon elde edebilmek için, çıkış işaretini 1800 faz
kaydırmak gerekmektedir. RC faz kaymalı osilatör devresinin temel prensibi bu koşula dayanmaktadır. Şekil
9.3’te 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.
49
Şekil 9.3 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 kuvvetlendiricinin 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
2C 6R1  4R1RC
2
Osilasyonların genliği, geri besleme oranına ve kuvvetlendiricinin kazancına bağlıdır. Geri besleme oranı seri
RC devrelerinin toplam empedansına bağlıdır. Bu empedans arttıkça geri besleme oranı düşecek ve çıkış
işaretinin (osilasyonun) genliği azalacaktır.
9.3 Deney Çalışması
9.3.1 RC Faz Kaymalı Osilatör Devresi
1- RC faz kaymalı osilatör için Şekil 9.4’teki devreyi kurun.
2- Vo çıkışına bir osiloskop bağlayın ve Vo’ı izleyebilmek için osiloskobu ac aktarma moduna alın.
3- R1 = R2 = R3 = 1KΩ ve C1 = C2 = C3 = 220 nF iken, çıkış dalga şekli düzgün bir sinüs olacak
şekilde, 500KΩ potansiyometre ile dikkatlice ayarlayınız.
4- Bu dalga şeklinin frekansını ölçüp, sonuç sayfasına kaydediniz.
5- C1, C2 ve C3 kondansatörlerini 470 nF ile değiştirip adım 2-4’ü tekrarlayın.
6- R1, R2 ve R3 dirençlerini 560 Ω ile değiştirip adım 2-5‘i tekrarlayın.
Şekil 9.4 RC Faz Kaymalı Osilatör Devresi
DENEY 9 SONUÇ SAYFASI
50
Ad- Soyad :
Numara:
Amaç:
Deney sırasında gerekli yerleri doldurunuz.
Deney 9.3.1
Fsalınım=……………
51