Çift Beslemeli İşlemsel Kuvvetlendiriciler

T.C.
ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK MİMARLIK FAKÜLTESİ
ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
ELN3304 ELEKTRONİK DEVRELER LABORATUVARI II
DENEY 3: ÇİFT BESLEMELİ İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİLER
DENEY GRUBU
:..................
DENEYİ YAPANLAR
:...................................................................
....................................................................
....................................................................
RAPORU HAZIRLAYAN
:...................................................................
Deneyin yapılış tarihi Raporun geleceği tarih
Raporun geldiği tarih
Gecikme
......../......./2013
......../......./2013
......../......./2013
.........gün
Değerlendirme notu
Gecikme notu
Rapor notu
Raporu değerlendiren
ELN3304 ELEKTRONİK DEVRELER LABORATUVARI II
2012 – 2013 BAHAR YARIYILI
DENEY NO:3
DENEY 3: ÇİFT BESLEMELİ İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİLER
I. DENEYİN AMACI
Temel işlemsel kuvvetlendirici yapılarını incelemek.
II. ÖN BİLGİ
Günümüzde analog elektronik alanının çok kullanılan temel yapılarından biri olan işlemsel
kuvvetlendiriciler (Op-Amp: Operational Amplifiers), ilk olarak analog hesap işlemlerinde kullanılmak
üzere geliştirilmiştir. Düşük frekanslı tüm uygulamalarda, özellikle ölçme, otomatik kontrol, analog/dijital
ve dijital/analog dönüştürücülerde yaygın olarak kullanılmaktadır.
İdeal işlemsel kuvvetlendirici, gerilim kazancı sonsuz, giriş empedansı sonsuz, çıkış empedansı sıfır
olan ve istenildiği kadar geribesleme uygulanabilen, başka bir deyişle mutlak kararlı bir devredir. İşlemsel
kuvvetlendiriciye ilişkin devre sembolü Şekil-2.1’de gösterilmiştir.
I1
V1
Vo
V2
I2
Şekil 2.1 İdeal İşlemsel Kuvvetlendiricinin Sembolik Gösterimi
ÖZELLİK
Kazanç
İDEAL
Sonsuz
PRATİKTE
10.000
Giriş direnci
Çıkış direnci
Sonsuz
Sıfır
1 M
10 
Tablo 2.1
Yukarıda verilen temel özelliklerinin tamamı pratikte sağlanması olanaksız olan özelliklerdir. Ancak
bu parametrelerin yaklaşık olarak sağlanması uygulama açısından yeterlidir. Pratikte karşılaşılan değerler
Tablo 2.1’de verilmiştir. İşlemsel kuvvetlendiriciler, hemen hemen tüm doğrusal uygulamalarda negatif
geribeslemeli olarak kullanılırlar.
İşlemsel kuvvetlendiricinin iki girişi vardır. Şekil 2.1’de görüldüğü gibi girişlere gelen gerilimlerin
farkının kuvvetlendirildiği yorumu kolayca yapılabilir. Bir başka deyişle (+) uca gelen gerilim aynı fazda, (-)
uca gelen gerilim ters fazda çıkışı etkiler. Bu şartlar altında çıkış gerilimi girişler cinsinden
V0  AV1  V2 
şeklinde yazılabilir. Burada kazancın (A) çok büyük olması nedeniyle giriş gerilimleri arasındaki çok küçük
bir fark bile çıkış gerilimini çok büyük bir değere taşır. Negatif geribesleme uygulanarak, devrenin kazancı
istenilen değere ayarlanır. Bu durumda giriş gerilimleri arasındaki fark çok küçük olur ve yaklaşık sıfır kabul
edilir.
2/7
ELN3304 ELEKTRONİK DEVRELER LABORATUVARI II
2012 – 2013 BAHAR YARIYILI
DENEY NO:3
III. DENEYDE KULLANILACAKLAR
 Deney bordu, çift kanallı osiloskop, dijital ölçü aleti
 LM741 op-amp tümdevresi,
 Kondansatörler: 10nF, 100nF,
 Dirençler: 5.6k(2 adet), 10k(2 adet), 47k, 100k
IV. ÖN HAZIRLIK
1. Faz çeviren kuvvetlendirici ve faz çevirmeyen kuvvetlendirici devrelerinin kazanç ifadelerini çıkarınız.
R2
R2
+10V
UG
+10V
R1
A
A
UÇ
R1
+
UG
-10V
UÇ
+
-10V
Faz çeviren kuvvetlendirici devresi
Faz çevirmeyen kuvvetlendirici devresi
2. Toplama kuvvetlendirici ve fark kuvvetlendirici devrelerinin kazanç ifadelerini çıkarınız.
U G1
R3
R1
R4
+10V
U G1
R1
U G2
R2
U G2
R2
A
UÇ
+
-10V
+10V
-
A
B
UÇ
+
R3
Toplama kuvvetlendirici devresi
-10V
Fark kuvvetlendirici devresi
3. Şekil 2.3b’de gösterilen devrenin çıkış gerilimini, giriş gerilimi ve devre elemanları cinsinden ifade
ediniz. Çıkış işareti ile giriş işareti arasındaki faz farkının alabileceği minimum ve maksimum değerleri
belirtiniz.
3/7
ELN3304 ELEKTRONİK DEVRELER LABORATUVARI II
2012 – 2013 BAHAR YARIYILI
DENEY NO:3
V. DENEYİN YAPILIŞI
1. Şekil 2.1’de gösterilen faz çeviren kuvvetlendirici devresini kurunuz. R1=5,6k ve R2=10k alınız. Girişe
herhangi bir işaret uygulamadan (girişi toprağa bağlayarak) A noktasındaki ve çıkıştaki gerilimleri ölçü aleti
ile ölçünüz ve aşağıdaki tabloya yazınız.
UA(V)
R2
UÇ(V)
UG
+10V
UG
0
R1
A
UÇ
t
UA
+
-10V
0
Şekil 2.1. Faz çeviren kuvvetlendirici
OFFSET NULL
INERTING INPUT
NON-INERTING
INPUT
-
V
1
8
2
3
-
7
+
6
4
5
t
UÇ
NC
+
V
OUTPUT
0
t
OFFSET NULL
LM741
2. Devrenin girişine 1kHz’lik sinüzoidal bir işaret uygulayınız. Çıkış işaretinde kırpılma olmayacak şekilde
giriş işaretinin genliğini ayarlayınız. Giriş işaretini, A noktasındaki işareti ve çıkış işaretini çift kanallı
osiloskopla ölçünüz ve bu işaretleri yukarıdaki grafik üzerinde gösteriniz.
3. Aynı R1 direnci için R2=47k ve R2=100k için kazançları ölçünüz.
Ug(V)
Uç(V)
Kazanç
Teorik kazanç
R2=47k
R2=100k
4. Şekil 2.2’de gösterilen faz çevirmeyen kuvvetlendirici devresini kurunuz. R1=5,6k ve R2=10k alınız.
Girişe herhangi bir işaret uygulamadan (girişi toprağa bağlayarak) A noktasındaki ve çıkıştaki gerilimleri
ölçü aleti ile ölçünüz ve aşağıdaki tabloya yazınız.
UA(V)
UÇ(V)
UG
R2
+10V
A
R1
0
UG
t
UÇ
UA
+
-10V
Şekil 2.2. Faz çevirmeyen
kuvvetlendirici
0
t
UÇ
0
4/7
t
ELN3304 ELEKTRONİK DEVRELER LABORATUVARI II
2012 – 2013 BAHAR YARIYILI
DENEY NO:3
5. Devrenin girişine 1kHz’lik sinüzoidal bir işaret uygulayınız. Çıkış işaretinde kırpılma olmayacak şekilde
giriş işaretinin genliğini ayarlayınız. Giriş işaretini, A noktasındaki işareti ve çıkış işaretini çift kanallı
osiloskopla ölçünüz ve bu işaretleri yukarıdaki grafik üzerinde gösteriniz.
6. R2=47k ve R2=100k için kazançları ölçünüz.
Ug(V)
Uç(V)
Kazanç
R2=47k
R2=100k
Teorik kazanç
7. Şekil 2.3a’daki toplama kuvvetlendirici devresini kurunuz. R1= 5,6k ve R2=R3=10k alınız. Girişe herhangi
bir işaret uygulamadan (girişi toprağa bağlayarak) A noktasındaki ve çıkıştaki gerilimleri ölçü aleti ile
ölçünüz ve aşağıdaki tabloya yazınız.
8. Devrenin girişine 1kHz’lik sinüzoidal bir işaret uygulayınız. Çıkış işaretinde kırpılma olmayacak şekilde
giriş işaretinin genliğini ayarlayınız. Giriş ve çıkış işaretlerini, A noktasındaki işareti (DC bileşeni ile
beraber) çift kanallı osiloskopla ölçünüz ve bu işaretleri aşağıdaki grafik üzerinde gösteriniz.
UA(V)
R3
R1
UG
UÇ(V)
UG
+10V
R2
UÇ
UA
+
5V
t
0
A
-10V
t
0
Şekil 2.3a. Toplama kuvvetlendirici
devresi.
UÇ
t
0
9. Şekil 2.3b’deki toplama kuvvetlendirici devresini kurunuz. R1=R2=5,6k ve R3=10k alınız. Giriş ve çıkış
işaretlerini, A ve B noktalarındaki işaretleri (DC bileşeni ile beraber) çift kanallı osiloskopla ölçünüz ve bu
işaretleri aşağıdaki grafik üzerinde gösteriniz. UA ve UÇ’nin UG’ye göre ne kadar faz farkına sahip olduğunu
belirtiniz.
UG
0
t
UA
0
t
UB
Şekil 2.3b
0
t
UÇ
0
5/7
t
ELN3304 ELEKTRONİK DEVRELER LABORATUVARI II
2012 – 2013 BAHAR YARIYILI
DENEY NO:3
10. Şekil 2.4’deki fark kuvvetlendirici devresini kurunuz. R1=R3=5,6k ve R2=R4=10k alınız. Girişe herhangi
bir işaret uygulamadan (girişi toprağa bağlayarak) A ve B noktalarındaki ve çıkıştaki gerilimleri ölçü aleti ile
ölçünüz ve aşağıdaki tabloya yazınız.
11. Devrenin girişine 1kHz’lik sinüzoidal bir işaret uygulayınız. Çıkış işaretinde kırpılma olmayacak şekilde
giriş işaretinin genliğini ayarlayınız. Giriş ve çıkış işaretlerini, A ve B noktalarındaki işaretleri (DC bileşeni
ile beraber) çift kanallı osiloskopla ölçünüz ve bu işaretleri aşağıdaki grafik üzerinde gösteriniz.
UA(V)
UB(V)
UÇ(V)
UG
R4
+10V
R1
UG
A
R2
UÇ
B
UA
+
R3
5V
t
0
-
-10V
t
0
Şekil 2.4. Fark kuvvetlendirici devresi
UB
t
0
UÇ
t
0
12. Şekil 2.5a’da gösterilen integral alıcı devresini kurunuz. R=10k ve C=10nF alınız. Girişe uygun genlikli
ve frekanslı bir kare dalga uygulayınız (giriş işaretinin DC bileşeninin olmamasına özen gösteriniz). Giriş ve
çıkış işaretini çift kanallı osiloskopla ölçünüz ve bu işaretleri aşağıdaki grafik üzerinde gösteriniz.
13. Şekil 2.5b’de gösterilen türev alıcı devresini kurunuz. R=10k ve C=100nF alınız. Girişe uygun genlikli
ve frekanslı bir üçgen dalga uygulayınız. Giriş ve çıkış işaretini çift kanallı osiloskopla ölçünüz ve bu
işaretleri aşağıdaki grafik üzerinde gösteriniz.
C
R
UG
+10V
UG
C
+10V
-
R
UÇ
UÇ
+
+
-10V
-10V
(b)
(a)
Şekil 2.5. İntegral ve türev alıcı devreler.
İntegral alıcı için
Türev alıcı için
6/7
ELN3304 ELEKTRONİK DEVRELER LABORATUVARI II
2012 – 2013 BAHAR YARIYILI
DENEY NO:3
VI. RAPORDA İSTENENLER
1. Yaptığınız deneyde aldığınız ölçümler, teorik hesaplamalar ile ne kadar uyuşmaktadır? Olası farkların en
önemli nedeni nedir?
2. Şekil 2.2’deki devrede R1 direnci sonsuz, R2 direnci sıfır olsaydı devrenin kazancının hangi değeri
alacağını ve bu durumda devrenin işlevinin ne olacağını belirtiniz.
3. Deneyde 9. adımda bulduğunuz değerleri ön hazırlık 3. adımda bulduğunuz formülde yerine koyarak
kontrol ediniz.
4. Aşağıdaki terimlerin anlamlarını araştırınız:
1. Ortak İşareti Bastırma Oranı (CMRR – Common Mode Rejection Ratio)
2. Birim Kazanç Bant Genişliği (Unity Gain Bandwidth)
3. Yükselme Eğimi (SR - Slew Rate)
7/7