analog devre tasarımı ve simülasyonu

B
ANALOG DEVRE TASARIMI VE
SİMÜLASYONU
Analog Ölçü Araçları ve Üreteçleri
ISIS programının elektronik laboratuarında 12 tane ölçü aleti ve cihaz
bulunmaktadır. Bunlardan 4 tanesi analog test cihazı, 8 tanesi dijital test
cihazıdır.
Şimdi analog test cihazlarını inceleyeceğiz.
Ampermetre
Ampermetreler analog veya dijital olarak iki ayrı türde kullanılabilen
ölçü aletleridir. Devreden geçmekte olan akımı ölçerler. Yapım amaçlarına
göre bir kaç Miliamper'den yüzlerce Amper'e kadar ölçüm yapabilirler. Bu
ölçüm DC veya AC akım ölçümü olabilmektedir.
ISIS programı kütüphanesinde birçok ampermetre bulunmaktadır.
Ölçüm yapacağınız devrede en uygun olanı hangisi ise kütüphaneden o
ampermetreyi çağırmalısınız.
DC Ampermetre
Voltmetre
Voltmetreler gerilim (potansiyel fark) ölçmeye yarayan cihazlardır.
Devreye paralel bağlanırlar. Temel olarak DC voltaj ve AC voltaj ayrı
ölçülürler.
ISIS programı kütüphanesinde birçok voltmetre bulunmaktadır. Ölçüm
yapacağınız devrede en uygun olanı hangisi ise kütüphaneden o voltmetreyi
çağırmalısınız.
DC Voltmetre
1
B
Osilaskop
Elektriksel işaretlerin ölçülüp değerlendirilmesinde kullanılan aletler
içinde en geniş ölçüm olanaklarına sahip olan osilaskop cihazıdır. Osilaskop,
işaretin dalga şeklinin, frekansının ve genliğinin aynı anda belirlenebilmesini
sağlar.
B
Osilaskop
Osilaskop tasarım alanına çağrıldıktan sonra ölçüm yapılacak noktalara
osilaskobun bağlantısı yapılır. İki kanal birden kullanılabilir. Bağlantı işlemi
bittikten sonra devre çalıştırılırsa ekrana osilaskop paneli gelir. Osilaskop
panelinden istenilen ayarlar yapılır.
Osilaskop Önpaneli
Sinyal Jeneratörü
Sinyal jeneratörü devrenize uygulayacağınız sinüsoidal, kare dalga ve
testere dişi biçiminde sinyaller üretir.
Sinyal Jeneratörü
2
Sinyal jeneratörü tasarım alanına çağrıldıktan sonra ölçüm yapılacak
noktalara Sinyal jeneratörünün bağlantısı yapılır. Bağlantı işlemi bittikten
sonra devre çalıştırılırsa ekrana Sinyal jeneratörünün ön panel görüntüsü
gelir. Devrenizin simülasyonu esnasında sinyal jeneratörü ile ilgili ayarları ön
panel aracılığı ile yapabilirsiniz.
B
Sinyal Jeneratörü Önpaneli
Analog Devre Uygulamaları
Tasarım alanında devre oluşturulması
1. Fare imlecini tasarım alanında bulunan Battery elemanının üzerine
götürünüz ve bir kere sağ tuşa tıklayınız. Elemanın rengi kırmızı olacaktır.
2. Eleman seçili hale geldikten sonra, fare imleci yine elemanın
üzerinde iken bir defa sol tuşa tıklayınız. Farenin sol tuşunu bırakmadan
bataryayı devrenizi kurmak istediğiniz yere taşıyınız.
3. Elemanı taşımak istediğiniz yere gelince farenin sol tuşunu bırakınız.
4. İşlemi sonlandırmak için fare imlecini tasarım alanında boş bir
alana götürünüz ve bir kere sağ tuşa tıklayınız
5. Aynı yöntemi kullanarak
görüldüğü gibi yerleştiriniz.
bütün
elemanları
aşağıdaki
şekilde
6. Elemanlar arası bağlantı yapmak için fare imlecini bağlantı yapmak
istediğiniz elemanın pini üzerine götürünüz. Göstergenin ucunda x işareti
oluşunca bir kere sol tuşa tıklayınız ve bırakınız.
7. Bağlantı yapacağınız diğer elemanın pini üzerine gidiniz. Yine x
işareti oluşunca bir kere sol tuşa tıklayınız ve bırakınız. Böylece iki eleman
arasında bağlantı yapmış oldunuz.
8. Elemanlar arası bağlantı yapılırken Dizayn Araçlar çubuğunda
(Enable/Disable - wire auto-router) butonunu aktif hale getiriniz.
bulunan
Bilgisayarınız bağlantı yollarını otomatik olarak kendisi birleyecektir.
9. Play butonuna basarak devrenizi çalıştırınız. (Devre elemanları
Default değerindedir)
10. Devrede bulunan anahtarın üzerine farenin sol tuşuyla bir defa
tıkladığınızda anahtar konum değiştirecektir.
3
B
Kondansatörün Şarj Devresi
11. Devredeki akım yollarını görmek ve gerilim hattını renklendirmek
için sırasıyla; System→Set Animation Options seçeneklerini aktif hale
getiriniz. Karşınıza gelen iletişim penceresinden Show Wire Voltage by
Colour ile Show Wire Current With Arrows seçeneklerini aktif hale getiriniz.
Yukarıdaki devredeki elemanın değerinin veya sembol isminin
değiştirilmesi
1. Main Modes araç çubuğu üzerinde bulunan
mode) butonuna sol tuş ile tıklayınız.
(Instant edit
2. Fare imlecini tasarım alanında bulunan direncin üzerine götürünüz
ve bir kere sol tuşa tıklayınız.
3. Edit Component penceresi açılacaktır.
4. Component
yapınız.
Reference
kutusundan
direncin
sembolünü
R2
5. Resistance kutusundan direncin değerini 5K yapınız.
6. Edit component penceresinde bulunan Hidden kutuları
onaylarsanız elemanın sembolü ve/veya değeri tasarım alanında gözükmez.
7. Edit component penceresinde bulunan Edit all properties as
text seçeneği sayesinde istediğiniz değişiklikleri text olarak yapabilirsiniz.
8. Edit Component penceresini kapatınız.
(Instant edit mode) butonu aktif iken kondansatör üzerine sol
9.
tıklayınız. Kondansatör için açılan Edit Component penceresinden
kondansatörün sembolünü C2, kapasite değerini 100μF olarak değiştiriniz.
4
B
Direnç için Edit Component Penceresi
10. Aynı yöntemi uygulayarak bataryanın sembolünü E, değerini 15V
yapınız.
11. Play butonuna basarak devrenizi çalıştırınız.
12. Kondansatörün şarj olmasını izleyiniz.
13. Devrenizdeki gerilim hatlarını ve akım yollarını gözlemleyiniz.
Tasarım
taşınması
alanında
blok
oluşturmak
ve
oluşturulan
bloğun
1. Tasarım alanında blok oluşturmak istediğiniz bölgenin sol üst
noktasına fare imlecini getiriniz.
2. Farenin sağ tuşuna basılı tutarak oluşturmayı düşündüğünüz
bloğun sağ alt köşesine doğru sürükleyiniz.
3. Bitiş noktasına vardığınızda sağ tuşu bırakınız.
4. Oluşturduğunuz blok içerisindeki elemanlar ve yollar kırmızı rengi
alır. Bloğun çerçevesi ise açık mavi renk olur. Böylece bloğu oluşturmuş
oldunuz.
5. Oluşturduğunuz bloğu tasarım alanında istediğiniz yere taşımak için
Edit Toolbar üzerinde bulunan
tıklayınız.
(Move Tagged Objects) butonuna
6. Fare göstergenizi taşımak istediğiniz yere doğru sürükleyiniz.
7. Bloğu taşımak istediğiniz alana
tıklayınız. Böylece bloğu taşımış oldunuz.
götürdükten
sonra
sol
tuşa
Analog devrede akım ölçülmesi
5
1. BATTERY,
çağırınız.
2.
RES
ve
CAPACITOR
elemanlarını
tasarım
alanına
ISIS programı ana penceresinde Tasarım Araç Çubuğunda bulunan
(Virtual Instruments) butonuna farenin sol tuşu ile bir kere tıklayınız.
Malzeme kutusunun ismi INSRUMENTS olarak değişecektir. İçeriğinde ise
ISIS kütüphanesinde bulunan cihazların ve ölçü aletlerinin ismi yer alacaktır.
Bunlardan DC AMMETER’yi seçiniz.
3. Aşağıdaki devreyi kurunuz.
4. DC
değiştiriniz.
güç
kaynağınızın
değerini
20V’a,
sembolünü
E
olarak
5. Direnç değerinizi 1kΩ yapınız.
6. Kondansatör kapasitesini 1000μF, çalışma voltajını 25V olarak
ayarlayınız.
(Instant edit mode) butonu aktif iken ampermetrenin üzerine
7.
tıklayınız. Karşınıza gelen Edit Component penceresinden ampermetreyi
microampers olarak ayarlayınız.
8. Play butonuna basarak devrenizi çalıştırınız ve ampermetreyi
gözlemleyiniz.
9. Devrenizdeki elemanların değerlerini
değiştirerek ampermetreyi tekrar gözlemleyiniz.
istediğiniz
değerlerde
Analog devrede gerilim ölçülmesi
İşlem Adımları
1. Tasarım alanına aşağıdaki devreyi kurunuz.
2. Voltmetre olarak DC VOLTMETTER’ i seçiniz.
6
B
B
3. Devrenizi çalıştırınız. Voltmetreyi ve ampermetreyi gözlemleyiniz.
4. Devrenizdeki elemanların değerlerini değiştirerek voltmetreyi ve
ampermetreyi tekrar gözlemleyiniz.
Osilaskopta yarım dalga doğrultmaç devresinin giriş-çıkış sinyal
şekillerinin gözlemlenmesi.
1. Device kütüphanesinden “RES, TRAN-2PS, 1N4001” elemanlarını
çağırınız.
2. Osilaskobu ve AC Voltmetreyi tasarım alanına çağırınız.
(Generatör) butonuna sol
3. Gadgets araç çubuğunda bulunan
tıklayınız. Malzeme kutusuna getirilen jeneratörlerden SINE olanını seçiniz.
(Inter-sheet Terminal)
4. Gadgets araç çubuğunda bulunan
butonuna sol tıklayınız. Malzeme kutusuna getirilen terminallerden GROUND
elemanını seçiniz.
5. Şekildeki devreyi kurunuz.
Yarım Dalga Doğrultmaç Devresi
6.
(Instant edit mode) düzenleme moduna giriniz ve tasarım
alanında bulunan SINE elemanını seçiniz. Aşağıda belirtilen ayarları yapınız.
7. Tekrar tasarım alanına dönünüz ve düzenleme modundayken
transformatörü seçiniz Karşınıza gelen düzenleme penceresinden aşağıdaki
ayarları yapınız.
7
8. ISIS programında transformatörün çalışması için primerine bir
direnç bağlanması zorunludur. Bu direncin değeri 1µΩ’dur.
B
9. Play butonuna basarak devrenizi çalıştırınız.
10. Devre çalışmaya başlayınca osilaskobun önpanel görüntüsü ekrana
gelecektir. Osilaskop ayarlarını şekildeki gibi ayarlayınız.
Osilaskobun Önpanel Görüntüsü
11. Eğer
osilaskobun
önpanel
görüntüsü
Debug→VSM Oscillocope seçeneklerini çalıştırınız.
ekrana
gelmezse
7812 Entegresiyle güç kaynağı devresinin yapılması.
1. Şekilde görülen elemanları malzeme kutusuna çağırınız.
8
2. Aşağıdaki devreyi tasarım alanına kurunuz.
(Instant edit mode) düzenleme moduna giriniz ve tasarım
3.
alanında bulunan SINE elemanını seçiniz. Açılan düzenleme penceresinden
sinyalin ismini VSIN, RMS değerini 220V ve frekansını 50Hz olarak
ayarlayınız.
B
7812 Entegresi İle Yapılan Güç Kaynağı Devresi
4.
Play butonuna basarak devrenizi çalıştırınız.
5.
Devrenin çıkışına bağlanan DC voltmetre 12V gösterecektir.
Öngerilimli seri kırpıcı devresinin yapılması.
1. Kütüphaneden 1N4001, RES, CELL, ALTERNATOR elemanlarını
çağırınız.
2. Şekildeki devreyi kurunuz.
3. Düzenleme modundayken alternatörün genliğini 12V, frekansını
100Hz olarak ayarlayınız.
Öngerilimli Seri Kırpıcı Devresi
4. Yine düzenleme modundayken DC gerilim kaynağının sembolünü E,
gerilim değerini 5V olarak ayarlayınız.
5. 5V üzerine sol tıklayınız. Açılan
penceresinden Style butonunu aktif hale
Edit Component Value
getiriniz aşağıda belirtilen
9
düzenlemeyi yapınız. Yazının boyutu büyüyecektir. (Edit Component Value
Style penceresinden istediğiniz elemanın stil ayarlarını yapabilirsiniz.)
6. Direncin değerini 1KΩ yapınız.
B
7. Devrenizi çalıştırınız. Devrenizin giriş-çıkış sinyallerini osilaskoptan
gözlemleyiniz.
Osilaskobun Önpanel Görüntüsü
8. Seri kırpıcı devrelerde çıkış sinyali devreye bağlanan DC gerilim
kaynağının ve diyodun değerine ve yönüne bağlı olarak değişir.
Ohm kanunu deneyinin yapılması
1. Aşağıda görülen devreyi kurunuz.
2. Bataryanın değerini 10V, Direncin değerini 6Ω olarak ayarlayın.
3. Play butonuna basarak devrenizi çalıştırınız. Ampermetre ve
voltmetredeki değerleri okuyarak bir yere kaydediniz.
10
4. Direnç değeri 6 Ω olarak sabit iken, devreye uygulanan gerilimi 9V
olarak tanımlayınız.
5. Play butonuna basarak devrenizi çalıştırınız. Ampermetre ve
voltmetredeki değerleri okuyarak bir yere kaydediniz.
6. Bataryanın değerini 10V’da sabit tutarak devredeki direnci 8Ω
olarak tanımlayınız.
7. Play butonuna basarak devrenizi çalıştırınız. Ampermetre ve
voltmetredeki değerleri okuyarak bir yere kaydediniz.
8. Kaydettiğiniz değerlere bakarak devreye uygulanan gerilimle
devreye bağlanan direncin değerlerine bağlı olarak akımın nasıl değiştiğini
gözlemleyiniz.
Ohm Kanunu Deneyi
Kirşof akım kanunu deneyinin yapılması
1. Aşağıda görülen devreyi kurunuz.
2. Bataryanın değerini 10V, dirençlerin değerini 5Ω, 6Ω, 7Ω, 8Ω,
olarak tanımlayınız.
3. Devrenizi çalıştırınız. Ampermetreden okuduğunuz değerleri bir
yere kaydediniz.
4. Bataryanın değerini 15V olarak tanımlayınız.
5. Devrenizi çalıştırınız. Ampermetreden okuduğunuz değerleri bir
yere kaydediniz.
6. Bataryanın değeri 10V’da iken direnç değerlerini 1KΩ, 3KΩ, 5KΩ ve
7KΩ olarak tanımlayınız.
Kirşof Akım Kanunu Deneyi
11
B
7. Devrenizi çalıştırınız. Ampermetreden okuduğunuz değerleri bir
yere kaydediniz.
8. Kaydettiğiniz değerlere bakarak devreye uygulanan gerilimle
devreye bağlanan direncin değerlerine bağlı olarak akımın nasıl değiştiğini
gözlemleyiniz.
Kirşof gerilim kanunu deneyinin yapılması
B
1. Tasarım alanına aşağıdaki devreyi kurunuz.
2. Bataryanın değerini 30V, Dirençlerin değerini 10Ω, 20Ω, 25Ω,
olarak tanımlayınız.
Kirşof Gerilim Kanunu Deneyi
3. Devrenizi çalıştırınız. Voltmetrelerden okuduğunuz değerleri bir
yere kaydediniz.
4. Bataryanın değerini 40V olarak tanımlayınız.
5. Devrenizi çalıştırınız. Voltmetrelerden okuduğunuz değerleri bir
yere kaydediniz.
6. Bataryanın değeri 30V’da iken direnç değerlerini 5KΩ, 10KΩ, ve
15KΩ olarak tanımlayınız.
7. Devrenizi çalıştırınız. Voltmetrelerden okuduğunuz değerleri bir
yere kaydediniz.
8. Kaydettiğiniz değerlere bakarak seri bağlı farklı değerlerdeki
dirençlerin devreye uygulanan gerilimi nasıl paylaştıklarını gözlemleyiniz.
NPN tipi transistörle yapılan emiteri ortak yükselteç devresi
tasarlanması.
1. Aşağıdaki devreyi kurunuz.
2. Devreyi çalıştırınız.
12
B
Emiteri Ortak Transistorlü Yükselteç Devresi
3. Sinyal jeneratörü önpanelini şekildeki gibi ayarlayınız.
Sinyal Jeneratörünün Önpanel Görüntüsü
4. Osilaskop ayarlarını şekildeki gibi ayarlayınız.
Şekil 55. Osilaskobun Önpanel Görüntüsü
5. Osilaskop ekranı gözlemleyiniz. (Üstteki sinyal giriş sinyalidir,
alttaki sinyal ise çıkış sinyalidir.)
6. Osilaskop ekranında da görüldüğü gibi girişteki sinyal çıkışta
yükseltilmiştir.
7. Devredeki direnç
şekillerini gözlemleyiniz.
değerlerini
değiştirerek
osilaskoptaki
dalga
13
Opamplı alçak geçiren
grafiğinin oluşturulması
filtre
devresinin
tasarım
alanında
1. Aşağıdaki devreyi kurunuz.
(Generator) butonuna
2. Gadgets araç çubuğunda bulunan
tıklayınız. Açılan sinyal çeşitleri arasından SINE sinyalini seçiniz. SINE
sinyalinin devre bağlantısını yapınız.
( Instant edit mode) düzenleme moduna giriniz. SINE üzerine
3.
sol tıklayınız. İsmini Vg olarak değiştiriniz. Amplitude değerini 10V ve
Frekansını 1MHz olarak ayarlayınız.
4. Çıkışta bulunan çıkış probunu ise Gadgets araç çubuğunda
bulunan (Voltage Probe) düğmesi ile oluşturunuz. Düzenleme moduna
giriniz ve ismini Vo olarak değiştiriniz.
Alçak Geçiren Filtre devresi
(Simulation Graph)
5. Gadgets araç çubuğu üzerinde bulunan
düğmesine tıklayınız. Açılan malzeme kutusundan FREQUENCY grafik
çeşidini seçiniz.
6. Fare imlecini tasarım alanına götürünüz. Grafiği oluşturmayı
düşündüğünüz yere sol tuş ile tıklayınız ve sol tuşa basılı tutarak bir
dikdörtgen oluşturunuz. Bitiş noktasına geldiğinizde sol tuşu bırakınız. İçi
boş olan bir grafik elemanı tasarım alanınızda oluşacaktır.
Frekans Responsu Grafiği Oluşturmaya Başlama
14
B
7. Graph→Add Trace seçeneklerini çalıştırınız. Açılan Add Phasor
Trace penceresinden Probe 1 aşağıya açılır kutudan Vg’yi seçiniz ve OK
butonuna basınız.
8. Tekrar Graph→Add Trace seçeneklerini çalıştırınız. Yine Probe 1
aşağıya açılır kutudan Vo’yu seçiniz ve OK butonuna basınız.
B
Add Phasor Trace Penceresi
9. Bu işlemleri yaparak grafiğimizde göstermek istediğimiz sinyalleri
belirlemiş olduk. Grafiğimizin y eksenini oluşturmuş olduk.
Grafikte y ekseninin oluşturulması
10. Grafiğin sinyalleri göstermesi için Graph→Simulate Graph
seçeneklerini çalıştırınız. Grafik şekildeki gibi olacaktır. Bu grafikte de
frekans responsu görülmez.
Frekans Responsu Grafiği Oluşturuluyor
11. Frekans Responsunu görebilmek için Graph→ Edit Graph
seçeneklerini çalıştırınız. Aşağıda gösterildiği gibi düzenlemeleri yapınız. OK
butonuna basarak işleminizi onaylayınız.
15
B
Edit Transient Graph Penceresi
12. Graph→Simulate Graph seçeneklerini çalıştırınız. Böylece frekans
responsu grafiğini oluşturmuş oldunuz.
Frekans Responsu Grafiği
13. Templatte→Set
Graph
Colours seçeneklerini
grafiğiniz ile ilgili renk ayarlarınızı kendiniz yapabilirsiniz
çalıştırarak
14. Graph→Frequency Response seçeneklerini çalıştırarak grafiği
zoomlayınız. Pencerenin altındaki araç düğmelerini kullanarak grafiğin
görüntüsünü istediğiniz gibi ayarlayabilirsiniz.
16