DENEY-4 İŞARET ÜRETEÇLERİ
advertisement
DENEY-4 ĐŞARET ÜRETEÇLERĐ ÖN HAZIRLIK 1. Şekil-16’daki devrede çalışma noktasında hfe=290, R1=680 kΩ, R2=100 kΩ, RC=3300 Ω, RE=560 Ω olduğuna göre transistörün baz, emetör ve kollektör uçlarındaki DC gerilimleri ve Ug kaynağından devrenin girişine bakıldığında görülen direnci hesaplayınız. 2. Şekil-16’daki devre için Deney-1’in 2. ve 3. adımında yapılan ölçümlerle transistörün bazının çektiği DC akım IB’yi nasıl hesaplayabiliriz ? 3. Şekil-17’deki Colpitts osilatörünün salınım frekansını hesaplayınız. 4. ** Şekil-18’deki devre için Uo ile Ug işaretinin hangi frekansta zıt fazda olduğunu ve bu frekanstaki |Uo/Ug| oranını veren ifadeleri çıkartınız. 5. Şekil-19’daki faz kaydırmalı osilatör için R=4.7 kΩ, C=220 pF alarak salınım frekansını hesaplayınız. 6. *Şekil-18’deki devrenin genlik ve faz Bode diyagramlarını çizdirerek 4. soruda bulduğunuz eşitliği kontrol ediniz. 7. * Şekil-20’deki devre için Uo ile Ug işaretinin hangi frekansta aynı fazda olduğunu ve bu frekanstaki |Uo/Ug| oranını veren ifadeleri çıkartınız. 8. Şekil-21’deki Wien köprülü osilatörün R=47kΩ, C=10 nF için salınım frekansını hesaplayınız. 9. *Şekil-20’deki devrenin genlik ve faz Bode diyagramlarını çizdirerek 7. soruda bulduğunuz eşitliği kontrol ediniz. 10. Yukarıdaki şekilde çevrimi kapanmamış devre bloğu görülmektedir. Ug işareti uygulandığında K’nın çıkışındaki Uo ile β’nın çıkışındaki UF işareti arasında 100 ‘lik faz farkı doğmakta ve β devresinin çıkışında işaretin genliği girişteki Uo işaretinin genliğinin yarısına düşmektedir. ( |UF/Uo|=0.5 ) Ug işareti kaldırılıp hemen çevrim kapandığında salınımın sürmesi için K bloğunun kazancı ve K bloğunun bu frekanstaki işaretler için faz kayması ne olmalıdır? 11. Bir transistörün doymaya, tıkamaya ve iletime girmesi ne demektir, nasıl anlaşılır? ĐŞARET ÜRETEÇLERĐ (OSĐLATÖRLER) 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. Geribesleme deneyinden bildiğimiz gibi, geribeslemeli bir sistemin kazancı Kf = K 1 + βK (1) 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 koşulu sağlandığında Kf = ∞ olur. Bu, devrenin (sistemin) osilasyon (salınım) yapması koşuludur. Olguyu daha fiziksel olarak kavramak isterseniz, Şekil-1’de verilen sistemi göz önüne alınız. Görüldüğü gibi geribesleme yolu kapatılmamıştır. Şekilden; UO = K.Ug (2) Uf = -β.Uo = -β.K.Ug (3) yazılabilir. Şayet - β(w)K(w)=1 Şekil 1 (4) 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 180o faz döndürerek bir negatif ön işaret daha getirmesi gerekir. Bu ise β, K veya her ikisinin toplam 180o daha faz farkına sahip olmasının gerektiği demektir. Hem β, hem de K devresi doğrusal ise, kuvvetlendiricinin Uo 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. Đşin 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|’nin, 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. 2 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. Yukarıdaki irdelemeleri dikkatlice okuduysanız, büyük bir olasılıkla anlatılanların bir parça yumurtacivciv hikayesine benzediğini düşünüyorsunuz. t=0+ anında devreye gerilim uygulandığında, kuvvetlendiricinin girişinde hiçbir işaret olmadığından, nasıl olur da sistem salınım yapmaya başlar haklı sorusuna takılmış olabilirsiniz. Gerçekten olgu hiç de kolay anlaşılır değildir. Devreye gerilim uygulandığı anda devrenin girişine bir basamak fonksiyonu uygulandığını düşünebilirsiniz. Bunun Fourier dönüşümünü yapacak olursanız, işaret kaynağınızın salınım frekansındaki bileşeni bulursunuz. Gelelim devrenin niçin tasarımıyla belirlenen belirli bir frekansta salınmak zorunda olduğuna. Đşaretin 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 devreni salınım frekansıdır. Fakat bu frekansta aynı anda ikinci bir koşulun daha sağlanması gerekir. Osilasyonların 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. 1. GENELLEŞTĐRĐLMĐŞ OSĐLATÖR ANALĐZĐ Şekil 2’de verilen devre pek çok osilatör tipi için olan genelleştirilmiş bir devredir. Şekil 2 – Genelleştirilmiş osilatör devresi Burada K, aktif elemanın (transistör, FET vb) kazancıdır. Analizi basitleştirmek amacıyla, aktif elemanın JFET olduğu varsayılarak devrenin eşdeğeri Şekil-3a’ da verilmiştir. Z1, Z2 ve Z3 daha sonra irdelenecek olan 3 empedanstır. 3 Şekil 3 Çözümü kolaylaştırmak için gmUgs akım kaynağı Şekil 3-b’de bir gerilim gerilim kaynağına dönüştürülmüştür. Devrenin geribeslemeli olduğu açıkça görülmektedir. Z2 kuvvetlendiricinin çıkışına bağlı yük empedansıdır. Çıkış gerilimi Z1, Z3 gerilim bölücüsü üzerinden alınarak, bunun Z1 üzerindeki parçası girişe geri getirilmiştir. Geribesleme, gerilimden gerilimedir. Bu geribeslemeyi kolayca görmeniz için devre düzenlenerek Şekil 4’te bir kere daha verilmiştir. β devresi Z1 ve Z3’ten oluşmaktadır. Gerilimden gerilime geribeslemeli devrelerde geribesleme yolunun h parametreleri ile tanımlarız. Şekil 4 = (7a) = (7b) = (7c) = (7d) bulunur. Geribesleme devresinin etkisinin göz önüne alınmış olduğu, gerilim kaynağının (kısa devre edilerek) ve akım kaynağının (açık devre yapılarak) söndürüldüğü geribeslemesiz devre Şekil 5’te verilmiştir. 4 Şekil 5 Bu devrenin gerilim kazancı =- (8) ve β= = (9) dir. Gerilimler için seçilen pozitif yönler göz önüne alındığında Şekil 4’ten giriş gerilimi ile geribesleme yolu üzerinden gelen gerilimin farkının değil de toplamının alındığı görülür. Dolayısıyla geribeslemeli devrenin kazancı (10) olup (11) dir. Z1, Z2 ve Z3 empedansları saf reakif elemanlar (kondansatör veya bobin) ise Z1 = j.X1 Z2 = j.X2 Z3 = j.X3 olur ki bobinler için X pozitif, kondansatörler için negatif büyüklüklerdir. Saf reaktif empedanslar için (12) yazılabilir. Çevrim kazancının faz farkı yaratmaması dolayısıyla geribeslemenin pozitif olması için X1+X2+X3 = 0 (13) olmalıdır. Bu koşulun sağlanabilmesi için tüm reaktif elemanların aynı tipten olmaması zorunludur. Empedansların tümü kondansatör veya tümü bobin olamaz. Devre (13) koşulunun sağlandığı frekansta salınım yapacaktır. Bu koşul sağlandığında 5 (14) olur ki, burada (13) koşulunu bir kere daha kullanarak (15) yazılabilir. (10) ifadesinden görüldüğü gibi geribeslemenin pozitif olması için, aynı zamanda 1-βKv < 1 → βKv ≤ 1 (16) koşulu da sağlanmalıdır. Bu ise X1 ve X2’nin aynı tipten reaktanslar olmasını gerektirir. Diğer taraftan (13) eşitliği gereğince X3 bunlara zıt tipten olmalıdır. X1 ve X2 reaktanslarının kondansatör X3’ün bobin seçilmesi halinde devre Colpitts osilatörü olarak isimlendirilir. Bu tipten bir osilatör Şekil 6’da verilmiştir. Bu devrede Cb ve Ce salınım frekansında kısa devre varsayılabilecek kadar büyük seçilmelidirler. Transistör için ro >> Rc geçerli ise (15) ifadesinde rd yerine Rc almak gerekir. gm ise 1/re olduğundan βKv= (17) yazılabilir. (16) koşulu sağlanacak şekilde oranı seçilmelidir. Transistörlü kuvvetlendiricinin giriş direnci ≈hfe.re olup, FET’in giriş direnci ile karşılaştırıldığında çok küçük olduğundan X1 reaktansını kısa devre yapma eğilimi gösterir. Bundan ötürü yukarıda verilen ifadelerde Şekil 6 Colpitts Osilatörü düzeltmeler yapmak gerekir. X1, X2’nin bobin, X3’ün kondansatör seçilmesi halinde devre Hartley osilatörüdür. Bu devre Şekil 7’de verilmiştir. Lc, salınımların besleme kaynağı üzerinden kısa devre olmasını önleyecek kadar büyük seçilmelidir. R1, R2 baz kutuplama dirençleridir. Cb, Cc ve Ce yeterince büyük seçilmelidirler ve osilasyon frekansında kısa devre varsayılabilirler. L=L1 + L2 (18) olmak üzere Hartley osilatörünün salınım frekansı aşağıdaki eşitlikle bulunabilir. fo = Şekil 7 Hartley Osilatörü 6 1 2π LC3 (19) 2. FAZ KAYDIRMALI OSĐLATÖRLER Şekil 8a ve 8b’de aktif eleman olarak JFET ve bipolar transistör kullanılan faz kaydırmalı osilatör devreleri verilmiştir. Şekil 8a’da peş peşe bağlanmış 3 adet yüksek geçiren RC devresi öyle boyutlandırılmıştır ki salınım frekansında bu 3 katlı devre 180˚ faz kaydırır. Şekil 8 a) JFET'li b) BJT'li faz kaydırmalı osilatör devreleri Diğer taraftan FET’li kuvvetlendirici katı da 180˚ faz kaydırdığından toplam faz kayması 360˚ olur ve devre yeterince kazanca sahipse bu frekansta salınım yapar. Devre gerilimden gerilime geribeslemelidir. Geribesleme faktörü β= −1 Uo = 2 U g 1 − 5α − j (6α − α 3 ) (20) α= 1 wRC (21) olup dir ve α2 =6 → f = 1 2πRC 6 (22) Frekansında geribesleme yolunun fazı 180˚ olur ve devre salınım yapar. Bu frekansta β = 1/29 olduğundan |βK|=1 koşulunun sağlanabilmesi için kuvvetlendiricinin gerilim kazancı |Kv|=29 olmalıdır. Bipolar transistörlü faz kaydırmalı osilatörde faz kaydırma devresinin katın küçük olan giriş direnci nedeniyle aşırı yüklenebileceği göz ardı edilmemelidir. Geribesleme Şekil 8b’de gösterildiği gibi gerilimden akıma yapılmıştır ve bu giriş direncini daha da azaltır. RB12=RB1//RB2 >> hie kolayca sağlanabilir koşulunun geçerli olması halinde devrenin eşdeğeri aşağıda verildiği gibi olacaktır. 7 Şekil 9 Bu geribeslemenin etkisinin göz önüne alındığı kuvvetlendiricinin eşdeğer devresidir ve şekilden görüleceği gibi Ri ≈ hie’dir. RB = R – Ri olarak seçilecek olursa faz kaydırma devresinin tüm katları eş olacağından hesaplar kolaylaşır. io ve ib akımları eş fazda olacağından devre salınım yapacaktır. Salınım frekansı f = 1 (23) 2πRC 6 + 4k olarak hesaplanır ki burada k=Rc/R oranıdır. Ayrıca = 1 koşulundan (bu |1+βk|=1 koşuluna özdeştir) hfe > 4k +23+ 29/k (24) olması gerektiği gösterilebilir. hfe’nin değeri k=2.7 için minimum olur ki bu hfe > 44,5 (25) olması demektir. 3. WIEN KÖPRÜLÜ OSĐLATÖR Bu osilatörün prensip devresi Şekil 10’da verilmiştir. Kuvvetlendirici olarak bir işlemsel kuvvetlendirici kullanılırsa devre bir kaç Hz’den birkaç MHz’e kadar uzanan bir aralıkta çalışabilir. Daha geniş bantlı bir kuvvetlendirici ile daha yüksek frekanslarda da çalışabilir. Devredeki pasif elemanlar bir Wien köprüsü oluşturmaktadır. Z1 = R1 + 1 sC1 Z 2 = R2 // (26a) 1 sC2 (26b) empedansları Uo çıkış gerilimine bağlı bir gerilim bölücü gibi davranırlar. Frekansa duyarlı bu gerilim bölücünün genlik ve faz diyagramları Şekil 11’de verilmiştir. Şekil 10 8 Şekil 11 R1=R2=R , C1=C2=C seçilmiş olması halinde fo = 1 2πRC (27) frekansında gerilim bölücünün fazı sıfır olur. Bu frekansta geribesleme pozitif olur. Genlik diyagramından görüldüğü gibi gerilim bölücünün bu frekanstaki bölme oranı 1/3 olduğundan kazanç 1’den küçüktür ve Barkhausen kriteri sağlanmaz. Kazancın 1 olmasını sağlamak için R3, R4 üzerinden negatif bir geribesleme yapılmıştır (yoksa kuvvetlendirici çok büyük olan açık çevrim kazancı ile çalışırdı) 1+ R4/R3 = 3 → R4/R3=2 (28) yapıldığında |βK|=1 koşulu sağlanmış olur. Bu koşul sağlandığında köprünün dengeye gelmiş olduğuna dikkat ediniz. Bu Up=Un (29) olması demektir. 4. KRĐSTALLĐ OSĐLATÖRLER Piezoelektrik özelliklere sahip bir kristalin metalle kaplanmış birbirine paralel iki yüzeyi arasına gerilim uygulandığında kristal içindeki bağlı yüklere etkiyen kuvvetler doğar. Bu kuvvetler kristalin sıkışmasına veya genleşmesine neden olan mekanik gerilmelere yol açar. Uygulanan gerilim uygun bir frekansta ise sistem rezonansa gelir. Kristalin rezonans frekansı ; kristalin boyutlarına, yüzeylerinin kristal eksenlerine göre hangi doğrultuda seçildiğine ve kapcığına nasıl monte edildiği gibi bir dizi faktöre bağlıdır. Kristalin tipine bağlı olarak rezonans frekansı 50Hz-30MHz aralığındadır. Rezonans frekansı artıkça kristalin boyutları küçülür ve incelir. Đnce kristal levhacıkları çok kırılgan olduklarından üretimleri ve kullanılmaları pratik olmaktan çıkar. Bu nedenle kullanılabilir oldukları frekans 30MHz ile sınırlanırsa da kristali temel rezonans frekansı yerine bunun harmoniklerinde de titreşime zorlamak olanağı vardır. Bu sayede kristaller yaklaşık 200 MHz’e kadar kullanılabilirler. Piezoelektrik kristal olarak genellikle yapay olarak üretilen kuvartz kullanılır. Rezonans frekansı sıcaklığa ve kristalin tipine (hangi doğrultuda kesilmiş olduğuna) bağlıdır. X ve Y tipi kristallerin sıcaklık katsayıları (rezonans frekansının sıcaklığa değişimi) +20/+50˚C sıcaklık aralığında hemen hemen sıcaklıktan bağımsızdır. 9 Kristalin devre sembolü ve eşdeğer devresi Şekil 12-a’da verilmiştir. Şekil 12 Cp kristalin elektrodlarını oluşturan metal levhalar arasındaki gerçek kapasitedir, zira piezoelektrik kristal bir dielektriktir. R, L, Cs ise mekanik titreşimlere karşı gelen eşdeğer devre parametreleridir. R, titreşim yapan kristalin sürtünme kayıplarına L, titreşen kristalin kütlesine, Cs ise kristalin esnekliğine (yay sabitine ) karşı gelir. L, 100 mH – 100 H aralığında iken R çok küçük olduğundan piezoelektrik kristaller Q kalite faktörü çok büyük olan rezonans devreleri gibi davranırlar. Q faktörü 10.000100.000 aralığındadır. Bu sayededir ki kristalli osilatörlerin frekans kararlılığı çok iyidir. Cs genellikle 1 pF’dan küçük iken Cp, 4- 40 pF kadardır. R, L, Cs elemanları, empedansı Z s = R ± jX s (30) olan bir seri rezonans devresi oluşturur ki, burada X s =| X L − X CS | (31) dir. L ve Cp ise Zp = Z L .Z C ZL + ZC (32) empedansına sahip bir paralel rezonans devresi oluşturur ki burada ZC = s 1 C p .C s C p + Cs dir. Şekil 12-c’den görüldüğü gibi düşük frekanslarda L ve R önemsiz olup empedans Cs tarafından belirlenir. fs frekansında XL=XCS olup seri rezonans oluşur ve empedans R minimum değerini alır. Frekans fs’nin üzerine çıktığında kristal endüktivite gibi davranır ve fp’ye ulaştığında paralel rezonans ortaya çıkıp, empedans sonsuza gider. Şekil 12-b’de ise empedansın değişimi gösterilmiştir. Değişim ne kadar keskinse bu kristalle yapılmış osilatörün frekans karalılığı o kadar iyi olacaktır. 10 Seri rezonans frekansı fs = ve paralel rezonans frekansı 1 2π LC s fp = (33a) 1 2π LC (33b) dir ki burada C, Cs ve Cp ’nin seri eşdeğeridir. Cp >> Cs olduğundan fp-fs farkı %1.(fs) mertebesindendir. Kristal paralel, seri rezonans veya bunların arasındaki bir frekansta çalıştırılabilir. Şekil 13 ‘te verilen devre Pierce osilatörüdür. Şekil 13 X, kristali göstermektedir. Devreyi biraz düzenleyerek Şekil 13-b’de verildiği gibi çizer ve bunu Şekil 2’deki devre ile karşılaştıracak olursanız devrenin özünde bir Colpitts osilatörü olduğunu görürsünüz. Z1 ve Z2 kapasitif olduğundan kristal endüktif bölgesinde çalışmalıdır. Bu, osilasyon frekansının fs ve fp arasında fp’ye yakın bir yerde olacağı anlamına gelir. Devre genellikle R2, C2 65˚’lik faz kayması verecek şekilde tasarlanır. Kristal endüktif olup C1 ile 115˚’lik faz farkı yarattığında geribesleme yolunun toplam faz farkı 180˚’ye ulaşır. Kuvvetlendirici de 180˚ faz farkına sahip olduğundan toplam faz farkı 360˚ olur ve bu frekansta devre osilasyon yapar. 5. ASTABĐL MULTĐVĐBRATOR Bu tip osilatörlerde aktif elemanlar, şimdiye kadar ele alınan devrelerin tersine, doğrusal olmayan bir bölgede çalışırlar. Aktif elemanlar doyma ile kesim noktaları arasında konum değiştirip dururlar. Bu tip osilatörlerin tipik örneği Şekil 14’ de verilen astabil multibratördür. Her iki transistorün bazı da kaynak potansiyeline bağlanmış olduğundan her iki transistör de iletime girmek isteyecektir. Bir an için T1 transistörünün erken davranıp iletime ve T2 transistörünün tıkandığını varsayalım. Şayet I B1 = 11 Şekil 14 U cc − U BE RB1 yeterince büyük seçilmişse T1 transistörü doymaya girer ve UCE=UCE(SAT) olur ki burada UCE(SAT) birkaç 0.1 V olan doyma gerilimidir. Devrenin çalışması ana hatlarıyla: T1 iletime girdiği an T2 tıkanır, zira T1 iletime girdiğinde UC1 gerilimi UCC-UCE(SAT) kadar düşer. C2’den akacak olan akım RB2 nedeniyle sınırlanmış olduğundan gerilimi birden bire değişemez ve bundan ötürü C2’nin T2’nin bazına bağlı olan ucunun gerilimi de aynı miktarda düşer. T2’nin daha önce iletimde olduğunu varsayacak olursanız UBE2=UBE(SAT)=0.8V olduğundan UCC-UCE(SAT) kadar gerilim düşümünden sonra T2’nin bazı negatif olur ve T2 tıkanır. Fakat T2’nin bazı RB2 üzerinden UCC gerilimine bağlı olduğundan C2 kondansatörü τ2=RB2.C2 zaman sabiti üzerinden UBE(SAT) – UCC + UCE(SAT) = -UCC geriliminden +UCC gerilimine doğru U= -2.UCCe-t/τ2 + UCC (34) fonksiyonunu izleyerek dolmaya başlar. Bu dolma, T2’nin bazının UB2=UBE=0.7V’a ulaşıncaya kadar devam eder ki geçen süre 34 denkleminden Şekil 15 – Astabil multivibratörün dalga şekilleri (Detayları gösterebilmek amacıyla ölçeksiz çizilmiştir.) 2.U CC 2.U CC = RB 2 .C2 . ln T2 = τ2 . ln U U U U − − CC BE CC BE ve UCC >> UBE (35a) koşulu sağlandığında T2=RB2.C2.ln(2)= 0.69RB2C2 (35b) olarak hesaplanır. Bu sürenin sonunda UB2=UBE olduğunda T2 iletime girecektir. Bu sefer T2’nin kolektör gerilimi UCC kadar düşeceğinden bu gerilim düşümü C1 üzerinden T1 bazına aktarılır ve T1 tıkanır. Şimdi C1 kondansatörü RB1 üzerinden T1=RB1C1 zaman sabiti ile dolarken T2’nin baz gerilimi yükselecektir. UB2=UBE oluncaya kadar geçen süre, benzer şekilde hesaplanırsa 12 2.U CC 2.U CC = RB1.C1. ln T1 = τ1. ln U CC − U BE U CC − U BE ve UCC >> UBE (36a) koşulu sağlandığında T1=RB1.C1.ln(2)= 0.69RB1C1 (36b) bulunur. T1 soldaki T2 sağdaki transistörün tıkalı olduğu süre olup, dalganın bir periyodu T = T1 + T2 = (0.69)(RB1C1 + RB2C2) (37) RB1=RB2=RB (38a) C1=C2=C (38b) olur ki seçimi yapıldığında T=(1.38)RBC ya da f = 0.7246 / (RBC) (39) şeklinde basitleşir. Yukarıda anlatılan bu olguyu Şekil 15’de verilen dalga şekillerinde izleyebilirsiniz. Şekilden görüldüğü gibi kolektör gerilimi birden bire yükselmediği gibi birden bire de düşmez. Kolektör gerilimlerinin düşen ve yükselen kenarlarındaki yuvarlanmaların nedeni yukarıdaki irdelemelerde göz önüne alınmamış olan baz akımlarıdır. Devrede kullanılan transistörlerin akım kazançları büyük olduğu oranda baz akımlarının bu olumsuz etkisi azalır. Ayrıca iletime girdiklerinde transistörlerin aşırı doymaya girmelerini önlemek de devrenin dinamiğini iyileştirecektir, zira baz bölgesinde biriken taşıyıcılar azaldığında transistörlerin tıkanması çabuklaşır. Doymada IB > IC/hFE ve IB=UCC/RB ; IC = UCC/RC olduğundan, aşırı doymayı önlemek için, RB hFE.RC ‘den çok küçük seçilmemelidir. Burada deney süresinin sınırlılığı nedeniyle baz akımlarının etkisinin göz önüne alınması irdelenmemiştir. 13 DENEY 1: COLPITTS OSĐLATÖRÜ 1) Şekil-16’daki devreyi kurunuz. R1=680 kΩ, R2=100 kΩ, RC=3300 Ω, RE=560 Ω, C3=C4=100 µF, C1=10 nF, C2=22 nF, L1=330 µH 2) Ug işaretini uygulamadan önce transistörün baz, kollektör ve emetör gerilimlerini multimetre ile ölçünüz. VB=......... VE=............. VC=............ 3) Transistörü devreden sökerek R2 direnci üzerindeki gerilimi ölçünüz. Şekil 16 VB’=............. 2. ve 3. adımda yaptığınız ölçümler yardımıyla transistöre ait aşağıdaki değerleri hesaplayınız. IB=............. IC=............. IE=............ re=.......... hFE=............ hFE.re=.............. 4) hfe = hFE alarak, Ug kaynağının gördüğü, devrenin giriş direncini hesaplayınız. Ri = R1 // R2 // [ hfe.re + (1+hfe).RE ] = .................. 5) Transistörü ve hesapladığınız Ri direncine en yakın standart direnci bularak, devreye takınız. 6) Ug sinüsoidal işaretini 200 mV (tepeden tepeye) ayarlayarak 96-116 kHz aralığında Uo çıkışının genliğinin maksimum olduğu frekansı ve bu frekansta, kollektördeki (UC) ve devrenin Uo çıkışındaki genliği kaydederek aşağıdaki değerleri hesaplayınız. fo(maks)=.............. kHz |Uo(fo)|=..................... |UC(fo)|=..................... 7) Giriş ve çıkışı aynı anda görüntüleyerek giriş-çıkış arasındaki faz farkının 0o olduğu frekansı yukarıdaki aralıkta arayarak bu frekanstaki kazancı ölçünüz. fo (faz=0o) = .............. kHz K(fo) = ................... 8) Daha önce kurmuş olduğunuz devreyi aşağıdakine dönüştürünüz. 9) Önce C3 açık devre iken CADET gerilimini uygulayıp Uo (kollektör) gerilimini osiloskopta izleyiniz. Şayet devre salınım yapmıyorsa C3 kondansatörünü kısa süre için bağlayıp devreden ayırınız. Salınan Uo geriliminin tepe-tepe değerini ve periyodunu ölçünüz. |Uo|=............... V Şekil 17 14 T = ................. s DENEY 2: FAZ KAYDIRMALI OSĐLATÖR 10) Yandaki devreyi kurunuz. R=4.7kΩ, C=220 pF 11) Ug işaretinin genliğini tepeden tepeye 8V ‘a ayarlayarak giriş ve çıkış arasındaki faz farkının 180 o olduğu frekansı ve bu frekanstaki çıkış genliğini ölçerek Uo/Ug oranını bulunuz. fo=..............kHz |Uo(fo)|=............ Uo/Ug=............ Şekil 18 12) Yandaki devreyi kurunuz. RB1=680kΩ, RB2=330kΩ, Rc=1kΩ, Re=47Ω, R=4.7kΩ, C=220pF, Ce=330µF, Rp=10 kΩ, 13) Kollektör ucundaki işareti görüntüleyerek salınım olmayacak şekilde potansiyometreyi ayarlayınız. Multimetre ile aşağıdaki ölçümleri yapınız. VB=............... VE=.................. VC=................. 14) Transistörü devreden sökerek RB2 üzerindeki gerilimi multimetre ile ölçünüz. VB’=............... 15) 14. ve 15. adımlarda yaptığınız ölçümler yardımıyla aşağıdaki değerleri hesaplayınız. IB=............ IC=............. hFE=.................. IE=............. re=............. Şekil 19 hFE.re = ................ 16) Transistörü tekrar yerine takarak kollektör çıkışında salınım oluncaya kadar potansiyometreyi yavaşça döndürünüz. 17) Salınımın periyodunu ve tepeden tepeye genliğini ölçünüz. T=....................... s Genlik=............................... 15 DENEY 3: WIEN KÖPRÜLÜ OSĐLATÖR 18) Yandaki devreyi kurunuz. R=47kΩ, C=10nF 19) Ug işaretinin genliğini tepeden tepeye 6V ‘a ayarlayarak giriş ve çıkış arasındaki faz farkının 0o olduğu frekansı ve bu frekanstaki çıkış genliğini ölçerek Uo/Ug oranını bulunuz. fo=..............Hz |Uo(fo)|=............ Uo/Ug=............ Şekil 20 20) Yandaki devreyi kurunuz. R=47kΩ, C=10nF, R1=3.3kΩ, Rpot=10kΩ 21) Uo çıkışında salınım oluncaya kadar potansiyometreyi değiştiriniz. periyodunu ölçünüz. T=............. s Salınımın f=............... Hz 22) Çıkış düzgün bir sinüs müdür? Değilse potansiyometre ile oynayarak düzgün bir sinüs elde ettikten sonra potansiyometreyi devreden alarak ayarını değiştirmeden değerini ölçünüz. Rpot=..........Ω. Şekil 21 DENEY 4: ASTABĐL MULTĐVĐBRATÖR 23) Yandaki devreyi kurunuz. Rc1=Rc2=1kΩ, RB1=RB2=47kΩ, T1,T2=BC108B. C1=C2=220pF, 24) Devredeki herhangi bir transistörün kollektöründeki işareti görüntüleyiniz. Kare dalga görmüyorsanız transistörlerden birinin bazını kısa süre için toprağa bağlayınız. Kare dalganın periyodunu ölçünüz. T=...................... f=............................... 25) T1 kollektörü ile T2 bazındaki işaretleri aynı anda osiloskopta görüntüleyiniz. Şekil 22 16 RAPOR 1. Deney-1, Şekil-16’daki Ri direnci niçin kullanılmıştır? Hesap yaparken hfe=hFE varsayımı ne anlama gelmektedir, bu geçerli bir varsayım mıdır? 2. Deney-1, Şekil-17’deki devre için salınım frekansının teorik değerini hesaplayarak ölçü sonucu ile karşılaştırınız. Deneyin 6. ve 7. adımında ölçülen frekans değerleri ile 9. adımda ölçülen frekans değeri arasındaki fark var mıdır, varsa nedeni ne olabilir? 3. Deney-2, Şekil 19’daki devrenin AC eşdeğerini çiziniz. 4. Deney-2’de ölçülen salınım frekansını hesaplanan frekansla ile karşılaştırınız. 5. Deney-3’de ölçülen salınım frekansını hesaplanan frekansla ile karşılaştırınız. Đşlemsel kuvvetlendirici (Đ.K)’nin kazancı hangi değere geldiğinde salınım başlamıştır? 6. 3,18 MHz’de salınım yapan Wien köprülü osilatör tasarlayınız. Buradaki Đ.K.’nın hangi parametresi sizin için önemli olurdu? 7. Wien köprülü osilatör, köprüde R ve C yerine R ve L kullanılarak da tasarlanabilir mi? Nedenini açıklayınız. 8. Frekansı ayarlanabilir bir osilatör yapmak isteseydiniz Colpitts, Wien ya da faz kaydıran osilatör yapılarından hangisini tercih ederdiniz, neden? 9. Deney-4’deki kare dalganın frekansının ne olması gerektiğini hesaplayınız. 10. Đ.K. kullanarak 1590 Hz’de salınım yapan faz kaydırmalı osilatör tasarlayınız. 17
