ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ

ELEKTRONİK LABORATUARI II DENEY FÖYÜ

Arş. Gör. Hüsamettin UYSAL Arş. Gör. Emrah DOKUR

2

Ġçindekiler

Genel Bilgiler ve Uyarılar ....................................................................................................... 3

Deney Değerlendirme Yüzdelikleri …………………………………………………………4

Deney Raporunun Hazırlanması ............................................................................................ 4

DENEY NO:1 Nokta Temaslı Transistör (BJT) Özeğrileri ve Küçük Sinyal

Modellenmesi ............................................................................................................................ 5

DENEY NO:2 Ortak Emiterli Yükselteç ............................................................................. 12

DENEY NO:3 Mosfet Ölçümü ve Uygulamaları ................................................................ 20

DENEY NO:4 ĠĢlemsel Yükselteçler ve Uygulamaları ....................................................... 26

DENEY NO:5 Fark Kuvvetlendiricileri .............................................................................. 37

DENEY NO:6 Opamplı Aktif Filtre Uygulaması ............................................................... 43

DENEY NO:7 Geri Beslemeli Kuvvetlendiriciler ............................................................... 53

DENEY NO:8 Güç Kuvvetlendiricileri ................................................................................ 58

EK:1 KATALOGLAR........................................................................................................... 65

TAVSĠYE EDĠLEN KAYNAKLAR .................................................................................... 71

Deney Raporu Kapak Sayfası ………...…………………………………………………...72

Laboratuar Malzeme Listesi ………………………………………………………………73

3

GENEL BĠLGĠLER ve UYARILAR

1. Laboratuar belirtilen saatler doğrultusunda başlayacak ve 10 dakikadan fazla geç kalan

öğrenci laboratuara katılamayacaktır. Geç kaldığı süre içerisinde varsa yapılan quiz sınavı

bu sınava girme hakkını kaybedecektir.

2. Laboratuar saatlerinde deney gruplarından başka öğrencilerin laboratuarda bulunması

yasaktır.

3. Laboratuara gelmeden önce öğrencilerin o gün yapacakları deneye ait deney föyünü

dikkatle okumaları, deneyle ilgili teorik bilgileri çeşitli kaynaklardan öğrenmiş olmaları

gereklidir.

4. Laboratuara gelmeden önce öğrencilerin o gün yapacakları deneye ait teorik çalışmaların

ve deneyde alınacak sonuçları işlemek için tablo ve/veya milimetrik kağıt, logaritmik

kağıt hazırlayıp gelmeleri gereklidir.

5. Her öğrenci deneye gelmeden önce o haftaki deneyin “ön hazırlık” ödevini yapmakla

sorumludur.

6. Her öğrenci yapılan deney için bir deney raporu hazırlar ve bir hafta sonra deney saatine

kadar aşağıda belirtilen şekilde öğretim elemanına ulaştırılmalıdır. .

7. Ön hazırlık ödevleri ve deney raporları üzerinden notlandırma yapılacaktır. Bu çalışmalar

bireysel yapılmalıdır. Diğer ödev ve raporlarla aynı gelen çalışmalara notlandırma

uygulanmayacaktır. İnternet üzerinden “kopyala yapıştır” ve birebir aynı gelen rapor ve

ön hazırlıkların puan değerlendirmesi 100 üzerinden sadece 5 puan olarak sisteme

işlenecektir.

8. Deneye başlamadan önce, deney süresince veya deneyden sonra her öğrenciye o gün

sorumlu olduğu deneyle ilgili sorular sorulabilir. Bu, deneyin yürütülüşü sırasında

gösterilen başarı ile birlikte değerlendirilerek öğrenciye performans notu olarak

yansıyacaktır.

9. Deneylerin bittiği haftadan sonraki hafta telafi ve mazeret haftasıdır. Telafi hakkını

sadece deneylere gerekçeli olarak girmeyenler alınır.

10. Telafi haftasından sonraki iki hafta boyunca öğrenciler bireysel olarak uygulama sınavına

tabi tutulabilirler.

11. Dönem sonunda öğrencinin girmediği deney sayısı birden fazla ise, öğrenci geçerli not

ortalamasını tuttursa bile o dönem baĢarısız sayılır.

12. Deneyde kullanılan aletler ve gerekli deney düzeni masa üzerinde bulunacaktır. Ancak

gerekli görülen hallerde alet ve diğer malzemeler görevlilerden istenebilir. Deney

masaları arasında alet alış verişi kesinlikle yasaktır.

13. Deney montajları mümkün olduğu kadar kısa iletkenlerle derli toplu kurulmalıdır.

14. Deney sırasında ölçü aletlerinin zarar görmemesi için çok dikkatli olunması gerekir.

4

DENEY DEĞERLENDĠRME YÜZDELĠKLERĠ

Ön hazırlık ödevi (%30) + Performans+Quiz (%30) + Rapor (%40) : %30

1. Vize: %15

2. Vize: %15

Final sınavı: %40

DENEY RAPORUNUN HAZIRLANMASI

Yapılan deneyler hakkında öğrenci tarafından hazırlanacak olan rapor, bir mühendisin yaptığı

deneyde elde ettiği sonuçların belli bir disiplin ve düzen içinde diğer meslektaşlarına

aktarmasını sağlayacak, tamamen anlaşılır ve belli kurallara bağlı olarak yazılmış bir

metindir. Bu nedenle deney raporlarının öğrencilere yaptırılmasındaki amaç da bu bakış

açısında ele alınmalıdır.

1. Bir deney raporu aşağıdaki ana bölümleri kapsar:

a. Deneyin amacı: Deneyin yapılması ve sonuçları sunulmasındaki ana amaç ve varsa bu

amacı tamamlayıcı veya buna ek unsurlar raporun başında kısaca açıklanacaktır.

b. Ölçme sonuçları: İlgili ölçü düzenine ait çeşitli ölçme amaçları için elde edilen

sonuçlar düzenli tablolar halinde ölçü şartları ile birlikte verilecektir.

c. Raporda istenenler: Ölçü ve sonuçları ile ilgili hesaplar eğrilerin çizilerek sunuluşu,

sonuçları değerlendirilmesi, ölçü sonuçlarından hesapların sunuluşu bu bölümde

yapılacaktır.

d. Sonuç bölümü: Öğrencinin deney hakkındaki genel izlenimi deneyin aksayan

hakkındaki fikirleri ve elde edilen sonuçların yorumu bu bölümde yapılacaktır.

2. Raporlar yukarıda açıklandığı gibi 4 ana bölüm altında düzenlenecektir.Raporlar ve ön

hazırlıklar mail ortamı üzerinden toplanacaktır.(Dönem başında öğretim elemanlarına

ismini yazdırarak bilgisayarda yazma olanağı olmayan öğrenciler hariçtir)

3. Arş.Gör.Emrah DOKUR’un grubunda olan öğrenciler emrah.dokur@bilecik.edu.tr

Arş.Gör.Hüsamettin UYSAL’ın grubunda olan öğrenciler

husamettin.uysal@bilecik.edu.tr mail adresine belirtilen saat ve günü geçmeyecek şekilde

rapor ve ön hazırlıklarını teslim edeceklerdir.(Mailin ulaşmaması gibi durumlardan yalnız

öğrenci sorumludur.)

4. Raporun değerlendirilmesinde rapor düzeni de dikkate alınacaktır.

5. Deneyi yaptıran araştırma görevlisi deney föyündeki sorular ile kendi hazırladığı

sorulardan bir kısmını veya tamamını raporu hazırlayacak öğrenciden bilgi düzeyini

arttırmak için, yazılı olarak cevaplamasını isteyebilir.

5

DENEY NO: 1

NOKTA TEMASLI TRANSĠSTÖR(Bipolar Junction Transistor-BJT) ÖZEĞRĠLERĠ ve

KÜÇÜK SĠNYAL MODELLENMESĠ

DENEYĠN AMACI: BJT‟ lerin özeğrilerinin deneysel olarak elde edilmesinin

öğrenilmesi ve bu eğrilerden melez parametrelerinin çıkarılması.

DENEY MALZEMESĠ : BC237 veya BC238 transistör, 1kΩ, 120kΩ direnç, ölçü aleti

(avometre), ayarlı güç kaynağı, bağlantı telleri.

ÖN BĠLGĠ: Bipolar transitörler, akım kontrol yeteneklerinin(geçiş iletkenliğinin)

yüksek olması sebebiyle çeşitli akım kontrol uygulamalarında çok sık kullanılan

yarı iletken elemanlardır. Burada transistörün yarı iletken yapısı ile ilgili

ayrıntılara girilmeyecektir. Bu bilgiler [1] ve [2] nolu kaynaklardan edinilebilir.

A) Transistörün DC EĢdeğer Devresi

NPN ve PNP transistöri için en sık kullanılan bağlantı tipi Şekil 1.1‟ de verilmiştir.

Emetörün hem giriş hem de çıkış uçlarında ortak olması sebebiyle bu devre

tipine ortak emetörlü devre denir. Bu deneyde ortak emetörlü bağlantı

kullanılacaktır.

ġekil 1.1. NPN ve PNP tipi transistör için ortak emetörlü devre bağlantısı ve akımların referans

yönleri

Aktif modda (kesimde veya doyumda olmayan) çalışan bir transistör için

akım-gerilim bağıntıları Tablo 1‟ de verildiği gibidir. Tablo 1‟ de verilen

VCE

N

P

N VBE

VCE

E

C

B

IE

IC

IB

P

N

P VBE

E

C

B

IE

IB

IC

IC

VBE

VCE

E

B

IE

IB

VBE

C

VCE

E B

IE

IC

IB C

6

eşitliklerde; Is doyum akımı, ortak emetör akım kazancı, ortak baz akım

kazancı olarak adlandırılan parametrelerdir. Şekil 1.2‟ de aktif modda çalışan

BJT‟ nin DC eşdeğeri verilmiştir. Transistörlü bir devrede DC analiz yapılırken

transistör yerine bu model kullanılarak analiz yapılabilir.

Tablo 1. Aktif moddaki BJT için DC akım-gerilim bağıntıları

TV/BEVE

TV/BEVSCB

TV/BEVSC

eI

eII

I

eII

α

I

α

I

ββ

SC

BE

BC

EC

1)IβI

1β

βII

αII

(

II)1(I E

BB

ısısında) (Oda 25

1

α-1

α

mVq

kTVT

ġekil 1.2. Aktif modda çalıĢan transistörün DC eĢdeğer modeli

Bir transistörlü devrede transistörün DC çalışma noktası(Q) DC analizle bulunur.

DC çalışma noktasını devredeki kutuplama elemanları(DC kaynak,direnç,

vb.) belirler. Transistörün çalışma noktasındaki akım ve gerilimleri(IB,Q, IC,Q,

VCE,Q) bulunduktan sonra, bu çalışma noktasındaki transistörün AC sinyaller

için davranışını gösteren AC eşdeğer model ile AC analiz yapılabilir. AC analiz

yapılırken DC besleme kaynakları değişmediğinden dikkate alınmazlar.

Aşağıda BJT için üç farklı AC eşdeğer devre modelleri verilecektir. Bunlardan

herhangi biri ile AC analiz yapılabilir.

B) Transistör AC EĢdeğer Devre Modelleri

Burada verilecek AC modeller Q DC çalışma noktası etrafındaki küçük genlikli

AC değişimler için transistörün davranışını tanımlarlar. Bu modeller VBE üzerinde

10 mV‟u aşmayan AC değişimler için geçerlidirler [1]. Bu modeller, DC Q

çalışma noktası için geçerli bazı parametreler ile tanımlanır. Transistörün bu

parametreleri her Q çalışma noktası için farklı olabilir. Bu parametreler

transistör öz eğrilerinden elde edilebilir. Bu deneyin amaçlarından birisi de

izleyen deney devreleri için yapılacak AC analizlerde kullanılacak model

parametrelerinin öz eğrilerden elde edilmesidir.

IB IC

E

C B

IE

+

-

VBE DB

(IS/)

e TV/BEVSI

7

a) Melez- Modeli

b) T Modeli

b) Melez-h Modeli

C) Transistör Öz Eğrileri

Şekil 1.1‟deki gibi kutuplanmış bir transistör için çeşitli akım-gerilim ilişkilerini

gösteren eğrilere veya eğri ailelerine transistör öz eğrileri denir. Bu eğriler

arasında en önemli olanları

giriş öz eğrileri VBE=f(VBE,VCE)

geçiş öz eğrisi IC=f(IB)

çıkış öz eğrileri IC=f(IB,VCE)

E

B ib ic C

ie

+

-

vbe r gmvb

e ro

ib

ic

C

ie

+

-

vbe re

ro

gmvbe

B

E

Tablo 2. ve T model parametreleri

bağıntıları

DC kutuplama akımları cinsinden

C

Ao

B

T

B

T

C

T

E

Te

T

Cm

I

Vr

I

V

I

Vr

I

V

I

Vr

V

Ig

gm cinsinden

mm

eg

rg

r

re cinsinden

e

me

e

mr

1

r

1gr)1(r

rg

ve arasındaki bağıntılar

1

11

11

E

B ib ic C

+

ie

-

hrevce

hie

hfeib 1/hoe

+

-

vbe

+

-

vce

ceoebfec

cerebiebe

vhihi

vhihv

8

eğrileridir. Bu eğriler kabaca Şekil 1.3‟de verildiği gibidir. Eğrilerden görüleceği

üzere hem giriş hem de çıkış öz eğrileri eğrisel(nonlineer)dir. Giriş öz eğrilerinin

VCE‟ye bağımlığı az olduğundan genellikle tek bir eğri ile verilirler.

ġekil 1.3. Transistör öz eğrileri ve bu eğrilerden model parametrelerinin elde ediliĢi

Transistör eğriler üzerinden kolayca belirlenebilen bir Q çalışma noktasında

kutuplanmışken IBQ akımı ∆IB kadar ve VCEQ gerilimi ∆VCE kadar değiştirilirse,

VBEQ ve ICQ‟da meydana gelecek değişimler özeğriler yardımıyla Şekil 1.3‟de

gösterildiği gibi belirlenebilir.

Yukarıda verilen modellerdeki parametreler de öz eğrilerden bulunabilir. Bu

parametrelerin tanımlaması giriş öz eğrileri VBE=f(VBE,VCE) ve çıkış öz eğrileri

IC=f(IB,VCE) fonksiyonlarının Q noktası civarında Taylor serisine açarak

yapılabilir.

.......

...........

2

2B

)(Δ!!

)I(!!

CE

QBIBI

2CE

BE2

CE

QBIBICE

BE

CEQVCEV

2B

BE2

B

CEQVCEVB

BEBE

VV

V

2

1V

V

V

1

1

I

V

2

1I

I

V

1

1V

Q

Q

Q

IC

VBE

IB

IB

VCE

IC

VCE

IC

IB

VBE

IB1

IB2

IB3

IB4

IBQ

Çık

ış ö

z eğ

rile

ri

Gir

iş ö

z eğ

risi

Geç

iş ö

z eğ

risi

9

.......

...........

2

2B

)(Δ!!

)I(!!

CE

QBIBI

2CE

C2

CE

QBIBICE

C

CEQVCEV

2B

C2

B

CEQVCEVB

CC

VV

I

2

1V

V

I

1

1

I

I

2

1I

I

I

1

1I

Q çalışma noktasındaki DC akım ve gerilim değerlerine göre ∆ kadarlık

değişimlerin çok küçük olduğu düşünülürse, yukarıdaki bağıntılardaki yüksek

dereceli terimler ihmal edilerek aşağıdaki eşitlikler elde edilir.

CE

QBIBICE

BEB

CEQVCEVB

BEBE V

V

VI

I

VV

..

CE

QBIBICE

CB

CEQVCEVB

CC V

V

II

I

II

..

Bu bağıntılar ∆IB ve ∆VCE‟nin küçük değerli olması şartına bağlı olan yaklaşık

bağıntılar olmakla beraber önemli özellikleri vardır. Bu bağıntılar doğrusal

(lineer) bağıntılardır. Doğrusal olmaları sebebiyle transistöre iyi bilinen doğrusal

çözüm yöntemlerinin uygulanmasına imkan verecek doğrusal eşdeğer devre

modellerinin elde edilmesinde kullanılabilirler.

Yukarıda elde edilen son bağıntılardaki Q noktası civarında ∆IB, ∆IC, ∆VBE, ∆VCE

kadarlık akım ve gerilim değişim büyüklüklerinin, akım ve gerilimlerin değişken

ve ani değerlerini belirtmek üzere ib, ic, vbe, vce sembolleri ile ifade edilebilirler.

Şu halde;

ce

QBIBICE

BEb

CEQVCEVB

BEbe v

V

Vi

I

Vv ..

ce

QBIBICE

Cb

CEQVCEVB

Cc v

V

Ii

I

Ii ..

elde edilir. Bu denklem sistemindeki katsayılara transistörün ortak emetörlü

devre için h parametreleri denir. Bu bağıntılar bize h parametrelerinin öz

eğriler üzerinden nasıl bulunacağını tanımlamaktadır. Özetle; Tablo 3‟ de

verilen eşitlikler ile öz eğrilerden AC eşdeğer model parametreleri elde

edilebilir.

Parametrelerin boyutu tanımlamalardan açıkça görülmektedir. Örneğin hie

direnç boyutunda iken, hfe boyutsuzdur. Diğerlerinin boyutunu siz belirleyin!

10

Tablo 3. Transistör öz eğrilerinden model parametrelerinin elde edilme bağıntıları

QBIBICE

C

QBIBICE

Coe

CEQVCEVB

C

CEQVCEVB

Cfe

QBIBICE

BE

QBIBICE

BEre

CEQVCEVB

BE

CEQVCEVB

BEie

V

I

V

Ih

I

I

I

Ih

V

V

V

Vh

I

V

I

Vh

m

e

QCICIBE

Cm

QBEVBEVC

CEo

QCEVCEVB

BE

g

1r

V

Ig

I

Vr

I

Vr

DENEYĠN YAPILIġI:

1. Transistör Öz Eğrilerinin Nokta Nokta Deneysel Olarak Elde Edilmesi:

ġekil 1.4. Deneyde kullanılacak ortak emetörlü devre

b. ÇıkıĢ öz eğrilerinin çıkarılması: Şekil 1.4‟ deki devrede R1 direnci uçlarındaki

gerilimi Tablo 5‟ de verilen değere gelinceye kadar VBB gerilim kaynağını

ayarlayınız. (VBB gerilim kaynağını artırmaya 0V‟dan başlayınız). Sonra VCC

gerilim kaynağını artırarak VCE gerilimini ayarlayınız ve R2 direnci uçlarındaki

gerilimi ölçerek tabloya kaydediniz.( VBB gerilim kaynağını 7V‟un üzerine

çıkarmayınız).

VBB

VCC

R2=1K

R1=120K

VCE

VBE

11

Tablo 5. ÇıkıĢ öz eğrisi ölçüm tablosu

VR1=sbt VCE[V] VR2[V] IC=[mA]

0.2

1

3

5

0.10V 7

9

11

13

15

2. Transistör Öz Eğrilerinden Grafiksel Olarak Model Parametrelerinin

Bulunması:

a) Tablolara kaydettiğiniz ölçüm sonuçlarını kullanarak, Şekil 1.3‟deki

verildiği gibi transistörün özeğrilerini çiziniz. (Çizim için uygun ölçeklemeyi

yapınız)

b) Elde ettiğiniz eğrileri kullanarak VCE,Q=7.5 V, IC,Q=1 mA çalışma noktası

için tanımlı tüm AC eşdeğer model parametrelerini bulunuz.

Parametrelerin boyutunu belirtiniz. (Bu parametreleri ileriki deneylerde

kullanacaksınız!)

12

DENEY 1 DEVAMI:

ORTAK EMETÖRLÜ YÜKSELTEÇ

DENEY MALZEMELERĠ:

BC237 npn transistör

87kKΩ, 9.1kΩ, 3.3kΩ, 8.2kΩ, 2x1kΩ, 10 kΩ‟luk potansiyometre

2x10μF 1nF kondansatör

bağlantı telleri ya da krokodiller

NOT: Devre elemanlarının yanma olasılığına karşın önemli olanların yedeğinin

alınması tavsiye edilir.

GĠRĠġ: Bir işaret kaynağı tarafından girişine uygulanan küçük genlikli işaretleri,

çıkış ucuna bağlı bulunan yüke, kuvvetlendirerek veren devreye yükselteç adı

verilir.

Yarıiletken devre elemanlarının istenen çalışma noktasında çalışması için

uçlarına belirli bir DA işareti uygulanmalıdır. Örneğin Silisyumdan yapılmış

1N4001 diyodunun iletime geçmesi için en az 0.6-0.7V‟ luk bir gerilimin

uygulanması gerekir. Aynı şekilde yükselteçlerde kullanılan transistörlerin baz

uçları, dirençler kullanılarak öngerilimlenir. Devrede kullanılan transistörün

kutuplama akım ve geriliminin değeri devrenin kullanım alanına göre seçilir.

Kuvvetlendiricinin girişine küçük genlikli değişken işaret yani aa işaret

uygulanmadan önce DA besleme kullanarak transistörün istenilen çalışma

noktasında çalıştırılması amaçlanmaktadır. Girişte işaret yokken devrenin

çektiği akımlara boşta çalışma ya da sükunet(quiscent) akımı adı verilir. Yük

doğrusunu çizebilmek için transistörün kesim ve doyumda olduğu noktalar

saptandıktan sonra bu iki nokta Şekil 2.3‟ de görülen grafik üzerinde bir doğru

meydana getirecek şekilde birleştirilir. Bu doğruya DA yük doğrusu denir.

Belirlenen değerlere göre transistörün çalışma noktaları bu doğru üzerinde

olur. Bir transistörün yükselteç olarak çalışması için emetör-baz ekleminin ileri,

kolektör-baz ekleminin ters yönde kutuplanması gereklidir.

ġekil 2.1. Ortak emetörlü yükselteç

R1

R2

Rc

RE1

RE2

+ Vcc

C1

C2

CE

RyVg

Vo

Ri Ro

13

R1 R2 RE1 Rc RyVg

c

e

b

Vo

Uygulamada kullanılan yükselteçlerin %90‟ı ortak emetörlü yükselteçlerdir. Bu

tip çalışmada direnç değerleri VC gerilimi, VCC besleme geriliminin yarısı

olacak şekilde seçilir. Şekil1‟ de ortak emetörlü devre görülmektedir. Devrede,

çalışma noktası DA akım ve gerilim değerlerinin Ry yükünden ve işaret

kaynağından etkilenmemesi için C1 ve C2 kondansatörleri kullanılmıştır. Bu

kondansatörlere bağlama kondansatörleri denir. Emetör dirençleri RE1 ve RE2

dirençlerinden oluşmaktadır. CE kondansatörü, devrede DA bileşenleri

yalıtmak amacıyla kullanılmaktadır. Bu kondansatör RE2 direncine paralel bağlı

olduğundan RE2 direncini aa işaretler açısından kısa devre etmektedir. CE

kondansatörüne atlatma kondansatörü denir.

Girişte işaret yokken besleme gerilimi verildiğinde devredeki kondansatörler

çalışma noktasına karşılık gelen doğru gerilimle dolar. Kondansatörün tanımı

gereği, uçları arasındaki gerilim sabit kaldığında akan akım sıfırdır. Buna göre

devrenin çalışma noktası büyüklükleri hesaplanırken bağlama ve atlatma

kondansatörleri açık devre alınmalıdır. R1 ve R2, baz bölücü kutuplama

devresidir. CE , doğru bileşenler açısından açık devre alındığında RE=RE1+RE2

direnci olduğu görülür.

Devrenin girişine aa işaret uygulandığında kondansatörlerin reaktansı C/1 ,

çalışma frekansında devredeki direnç değerlerine göre çok küçük

olduğundan bu frekans aralığında C1, C2 ve CE kısa devre kabul edilir.

Besleme gerilimi sabit bir değer olduğundan aa işaretler için kısa devre

olduğu kabul edilir. Şekil 2.2‟ de devrenin aa işaretler eşdeğer devresi

görülmektedir.

ġekil 2.2. aa iĢaretler eĢdeğer devresi

Bu devrede görülen paralel dirençler yerine eşdeğerleri kullanıldığında

yC

yC

yCyRR

RRRRR

//

'

21

2121 //

RR

RRRRRB

olacaktır. aa işaretler açısından emetörde bulunan direnç Re=RE1‟ dir.

Devrede yR kuvvetlendiricinin yükü, '

yR ise transistörün kolektörü ile devrenin

toprağı arasına gelen aa işaret eşdeğer direncidir. Transistörün kolektör

14

R2

RE1

Rc RyVg

C

E

BVo

r

gmV

ibio

Ri Ro

π

Vπ π

çevrimine giren aa işaretler açısından toplam direnç e

'

yAC RRR ile

hesaplanır. Transistörün doğru akım yükü RDC, değişken işaret yükü RAC‟ dir.

RDA, RC ve RE dirençleri toplamına eşittir.

Transistörün girişine aa işaret uygulanmadığında kolektör akımı IC ve kolektör-

emetör gerilimi VCE gerilimi çalışma noktası Q‟ ya karşılık gelen değerdir. aa

işaret uygulanınca IC akımı, RC ve Ry arasında paylaşılır. Bu yüzden VCE gerilimi

RAC direncinin değişinden etkilenmektedir. Hem aa yük doğrusu hem de DA

yük doğrusu çalışma noktasından geçmektedir. DA yük doğrusu yatay ekseni

VCC değerinde keserken, aa yük doğrusu yatay ekseni VCO değerinde

kesmektedir. Bunun sebebi RAC ve RDC değerlerinin birbirinden farklı olmasıdır.

RAC<RDC dir ve VCO<VCC olacaktır. DA yük doğrusundan CQDCCEQCC IRVV ,

aa yük doğrusundan CQACCEQCO IRVV bağıntıları elde edilir. Yükselteç

girişine aa işaret uygulandığında VCEQ gerilimi civarında en fazla VCO en az

VCEsat değerinde olabilir. Genellikle VCEQ-VCEsat ile VCO-VCEQ değerleri

birbirinden farklıdır. Bu farklılık girişten uygulanabilecek işareti sınırlamaktadır.

Kırpılmasız maksimum genlik, bu değerlerden küçük olan tarafından belirlenir.

RB direncinin değeri normal değerinden büyük seçilirse çıkış işaretinin pozitif

alternansında kırpılma, küçük seçilirse negatif alternansında kırpılma gözlenir.

Nedenini araştırınız.

ġekil 2.3. Transistörün yük doğruları

Şekil 2.2‟ de verilen devrede transistörün aa eşdeğer modeli yerine konulursa

Şekil 2.4‟ deki eşdeğer devre elde edilir. Bu devrenin akım ve çıkış gerilimi

ifadeleri Vgi mo , o

'

yo iRV eşittir. Bağıntıda bulunan (-) işareti gerilim

transfer yönü ile akım yönünün birbirine ters olmasındandır.

ġekil 2.4. transistörün aa modelinin yerine konması ile elde edilen devre

15

Giriş kısmına bakarak aşağıdaki denklemler yazılır.

birV

0R)Vgi(riV embbg

embbb R)Vgi(riV

Akım kazancı o

b

oi

i

iA ‟ a eşittir. Ortak emetörlü bir yükseltecin gerilim

kazancı o ‟a bağlıdır. Bu parametre sıcaklık, üretim ve transistörün kullanım

süresi gibi faktörlere bağlıdır. Bu yüzden devreler tasarlanırken gerilim

kazançlarının bu parametreden etkilenmemeleri sağlanmaya çalışılır. Bunun

en kolay yöntemlerinden biri RE emetör direnci kullanmaktır.

b

moboo

i

Vgii

BeoB

b

bi R//)R)1(r(R//

i

VR

Bu denklemlerden yararlanarak Av gerilim kazancının bağıntısı aşağıdaki gibi

elde edilir.

)R)1(r(

R

)R)1(r(i

iR

)R)1(r(i

iR

V

V

V

VA

eo

o

'

y

eob

bo

'

y

eob

o

'

y

b

o

g

ov

eo

o

'

y

veoR)1(

RAR)1(r

e

'

y

vooR

RA1

Bu bağıntılardan açıkça görülüyor ki; kazanç negatif olmaktadır. Kazancın

negatif olması ile giriş işareti ile çıkış işareti arasında 180˚ lik bir faz farkı vardır.

Diğer bir deyişle giriş pozitif yönde değişirken çıkış negatif yönde değişecektir.

RE emetör direncinin devrede bulunması ile gerilim kazancının o ‟ ya olan

bağımlılığı ortadan kaldırılmıştır. Ortak emetörlü yükselteçlerin gerilim

kazançları yüksek, giriş ve çıkış dirençleri orta değerdedir.

Bağıl Kazanç ve Desibel Tanımı:

Gerilim kazancının yada diğer kazançların yükselteçlerde logaritmik büyüklük

olarak tanımlanması bir çok durumda faydalı olur. Bu gösterilişte kazancın

modülü kullanılır. Logaritmik ölçeklendirmede esas alınan güç kazancı

dB(desibel) cinsinden ifade edilir. dB cinsinden güç kazancı i

y

GP

Plog10K dir.

)R)1(r(i)R)i

Vg1(r(iV eobe

b

mbb

16

Güç kazancına benzer bir şekilde gerilim kazancı vv Klog20)dB(K , akım

kazancı II Klog20)dB(K şeklinde ifade edilir. Bu bağıntı güç kazancının

gerilim ve gerilim kazançlarının karesi ile orantılı olmasından yararlanarak elde

edilmiştir. Giriş direnci Ri çıkış direnci Ro olan bir yükselteçte güç kazancı

i

y

I

o

ivg

R

Rlog20K

R

Rlog10K)dB(K dir.

Ri=Ry olması halinde bu üç kazanç ifadesi birbirine eşittir.

Bir Yükseltecin Frekans Karakteristiği:

Frekans eğrileri bir devrenin kazancının veya herhangi bir transfer

büyüklüğünün modülü ve fazının değişimlerini veren eğriler olarak tanımlanır.

Bir gerilim kuvvetlendiricisinin girişine küçük genlikli ve f frekanslı bir sinüzoidal

işaret uygulandığını düşünelim. işaretin genliği sabit tutularak frekansı

değiştirilirse geniş bir frekans bölgesinde çıkış gerilim genliğin de sabit kaldığı

görülür. Daha yüksek frekanslara doğru gidildiğinde çıkış genliğinde azalma

ortaya çıkar. Benzer bir azalma yükseltecin iç yapısına bağlı olarak alçak

frekanslarda meydana gelir. Çıkış işaretinin genliğinin frekansla değişimini

veren grafiğe yükseltecin genlik-frekans ya da yükselteç kazancının frekansla

değişimini veren grafiğe kazanç-frekans eğrisi denir. Frekans eğrilerinde yatay

eksen frekansa göre genellikle logaritmik olarak ölçeklendirilir. Düşey eksen

lineerdir. Kazancın sabit kaldığı bölgedeki değerinin modülünün 2/1 ‟ sine

düştüğü frekanslara alt ve üst kesim frekansları, bu iki frekans arasında kalan

bölgeye 3dB bant genişliği denir.

Kazanç-frekans eğrileri çıkartılırken giriş işaretinin genliği sabit tutulup frekansı

değiştirilerek çıkış gözlenir. Her frekans değeri için kazanç hesaplanır.

Hesaplanan kazanç değerleri dB‟ e çevrilir. Düşey eksende kazanç değerleri

yatay eksende frekans değerleri olacak şekilde eğri çizilir.

ġekil 2.5. Kazanç Frekans Eğrisi

Kv(dB)

Bant

Genişliği

|Kv|

|Kv|/√2 3 dB

17

R1

87kohm

R2

9.1kohm

Rc

8.2kohm

RE1

100ohm

RE2

1kohm

BC 237

+ 15V

C1

10uF

C2

10uF

Cy

1nF

CE

470uF

Ry

3.3kohm

Vg

Vo

Ri Ro

ÖN HAZIRLIK

Devreleri simülasyon programlarında gerçekleyiniz.

1. BC237‟nün deneyde ve raporda yapacağınız teorik hesaplarda

kullanabileceğinizi düşündüğünüz katalog bilgilerini araştırınız.

2. Deneyde kullanılacak olan ortak emetörlü devrenin Ce kondansatörü

devrede ve değil iken durumlarında Vo/Vg gerilim kazancını, Ri giriş direncini

ve Ro çıkış direncini hesaplayınız.

DENEYĠN YAPILIġI:

1. Transistor ün hFE‟ sini avometre yardımı ile ölçerek kaydediniz.

hFE=

2. Şekil 2.6‟ daki ortak emetörlü yükselteç devresini kurunuz. Devreye giriş

işaretini uygulamadan önce CE kondansatörü devrede ve değil iken VB, VC,

VE, VCE ve V0 gerilimlerini ölçüp aşağıdaki tabloya kaydediniz. Ölçtüğünüz

değerler ile teorik hesaplamalarınızı karşılaştırıp yorumlayınız.

ġekil 2.6. Ortak emetörlü yükselteç

Tablo 1

CE devrede varken CE devrede yokken

VB(V

) VC(V) VE(V

)

VCE(

V) Vo(V) VB(V) VC(V

)

VE(V

)

VCE(

V) V0(V)

Ölçüm

Hesap

18

Vg 50%

R

Ry Vo

10 K

Şekil2.6’daki

devre

3. Devrenin girişine uygulamak üzere sinyal kaynağını frekansı 5 kHz, genliği

20mV olan sinüs işaretine ayarlayınız. CE kondansatörü devrede bağlı iken Vo

çıkış gerilimini ve Vg giriş geriliminin osiloskopta aynı anda gözleyip kaydediniz.

Aynı işlemi CE kondansatörünü devreden çıkarıp tekrarlayınız. Ölçümlerinizden

yararlanarak Vo/Vg gerilim kazancını hesaplayınız ve faz farkı olup olmadığına

bakınız. Devrenin ortak emetörlü olarak çalışıp çalışmadığını yorumlayınız ve

teorik hesaplamalar ile karşılaştırınız.

4. Şekil 2.6‟ daki devrenin giriş gerilimi(Vg) genliğini 20mV‟ da sabit tutup

frekansını 10Hz‟ den başlayarak 500kHz‟ e kadar arttırarak çıkış gerilimlerini

ölçüp, aşağıdaki tabloya kaydediniz. Kazanç(db)-frekans(KHz) eğrisini

logaritmik olarak ölçeklendirerek çiziniz. Alt kesim, üst kesim frekanslarını ve

band genişliğini bulunuz.

Tablo2

Frekan

s

Vo(V

)

Kv(V/

V) Kv(dB)

Frekan

s Vo(V) Kv(dB) Kv(dB)

5. Sinyal kaynağından devrenin girişine frekansı 5kHz, genliği 20mV olan

üçgen dalga uygulayınız. Giriş gerilimini çıkışta bozulma ve kırpılma olmayan

bir işaret elde edene kadar attırınız. Bozulmanın olduğu seviyeyi tespit ediniz.

Giriş ve çıkışı aynı anda osiloskopta gözleyip kaydediniz. Burada yaptığınız

işlem ile çıkışın maksimum salınım aralığını belirleyiniz. aa ve DA yük doğrularını

çizerek çıkış maksimum salınım aralığını belirleyiniz.

6. Şekil 2.7‟ deki düzeneği kurunuz(blok olarak verilen devre Şekil 1‟ deki kesikli

çizgi içindeki devredir). CE kondansatörü devredeyken R potunu devreye 0Ω

olarak bağlayınız. Girişten frekansı 5kHz, genliği 20mV olan sinüs işareti

uygulayınız. Çıkış gerilimini(V0) osiloskopta gözleyip gerilim seviyesini

kaydediniz. Giriş gerilimini çıkışta bozulma ve kırpılma olmayan bir işaret elde

edene kadar attırınız. Giriş gerilimini sabit tutup R potunu attırarak çıkış

gerilimini yarıya düşürünüz. R potunu devreden çıkarıp direncini ölçüp

kaydediniz. Bu değer yükseltecin giriş direnci Ri‟ ye eşittir. Nedeni araştırınız.

Ölçüm sonucunu teorik sonuçla karşılaştırıp yorumlayınız.

ġekil 2.7. GiriĢ direncinin elde edilmesi

19

7. Şekil 2.8‟ deki düzeneği kurunuz devrenin çıkışında yük direnci yokken

Girişten frekansı 5kHz genliği 20mV olan sinüs işareti uygulayınız. Çıkış

gerilimini(V0) osiloskopta gözleyiniz. Giriş gerilimini çıkışta bozulma ve kırpılma

olmayan bir işaret elde edene kadar attırıp gerilim seviyesini kaydediniz. Şekil

2.8‟ de gösterildiği gibi, R potu 0Ω iken çıkışa 1kΩ seri direnç bağlayınız. Çıkış

gerilimini ölçtüğünüz gerilim seviyesinin yarısı olana kadar arttırınız. R potunu

devreden çıkarıp direncini ölçüp kaydediniz. Rpot+1KΩ yükseltecin çıkış

direnci RO‟ a eşittir. Nedeni araştırınız. Ölçüm sonucunu teorik sonuçla

karşılaştırıp yorumlayınız.

ġekil 2.8. ÇıkıĢ direncinin elde edilmesi

Vg Vo

Şekil2.6’

daki devre

1

2

5 0%

R

1K

10K

1

2

2

2

2

2

20

DENEY NO: 3

MOSFET ÖLÇÜMÜ ve UYGULAMALARI

DENEYĠN AMACI:

Bu deneyin amacı MOS elemanların temel özelliklerini, n ve p kanallı

elemanların temel uygulamalarını öğretmektir.

DENEY MALZEMELERĠ

Bu deneyde 4007 MOS paketi kullanılacaktır. Entegrenin yapısı Şekil 3.1‟ de

verilmiştir, diğer elemanlar 1 adet 100kΩ ayarlı direnç, 2 adet 10kΩ direnç, 1

adet 1kΩ direnç, 1 adet 0.1µF kondansatör,1 adet 1kΩ ayarlı direnç,1 adet

100Ω direnç.

ġekil 3.1. Entegrenin düğüm adları ve içindeki devre yapısı

Bu deneyde dikkat edilmesi gereken noktalardan biri 14 ve 7 numaralı

bacakların bağlantılarıdır. Bu bacaklar tüm p ve n kanallı elemanların taban

(substrate) bağlantılarıdır. 14 numaralı bacak en pozitif kaynağa, 7 numaralı

bacak ise en negatif kaynağa bağlanmalıdır. Bu iki düğüm arasındaki

potansiyel fark 16 voltu geçmemelidir. Aksi halde kanalın kırılması olayı

(punch-through) meydana gelir.

OKUMA

Deneyde incelenecek konular Micro Electronic Circuits kitabında 5.1, 5.2, 5.3,

5.4, 5.5 ve 5.6 bölümlerinde işlenmektedir. Kullanacağımız MOS paketinin

ayrıntılı bilgileri internet üzerinden araştırılabilir.

21

Yükselteç Fonksiyonu

ġekil 3.4. n-MOS’ lu yükselteç

Bu aşamada Şekil 3.4‟ deki devrenin temel yükselteç fonksiyonları, özellikleri ve

parametreleri öğrenilecektir. Bu devre yapısı genel uygulamalar için pek

uygun olmasa da basitliği ve kolay değiştirilebilmesi açısından avantajlıdır. V1,

VGS bileşeni ve buna bağlı olarak IDN akımını ayarlayan gerilim kaynağıdır. V2,

IDN değeri ayarlandıktan sonra VDS sabit kalmasını sağlayan gerilim kaynağıdır.

C kondansatörü B düğümündeki DA değeri izole etmek için kullanılmaktadır.

Bu kondansatörün sığası çalışılacak frekans aralığında kısa devre olacak

kadar büyük olmalıdır.

4.1 Eleman (transconductance) parametresi

Amaç: Eleman (transconductance) parametresinin hesaplanması.

Kurulum: Şekil 3.4‟ deki devreyi kurun (3, 4, 5 n-MOS). Taban bağlantılarını

yapın(14 V2‟ ye 7 Gnd‟ ye).

Ölçüm:

a) Sinyal kaynağı kapalı iken V2=6volt yapın ve Vc=5volt olana kadar V1

gerilimini ayarlayın. V1 voltajını ölçün.(Neden VB değil de V1 voltajını

ölçtük)

b) I düğümüne Vpp=1volt f=1kHz olan sinüs uygulayın ve A ve C

düğümlerini osiloskopta AC konumda gözleyin. C düğümünü DC

konumda gözlersek hangi işareti görürüz? A ve C düğümlerindeki

işaretleri milimetrik kağıda çizin.

a

c

v

v

vA oranını bulun ve bu değeri kullanarak gm değerini

hesaplayın.

Dv RgmA .

22

Tablo 2.1.1

VI IC vb vc vc/vb gm

c) Sinyal kaynağı kapalı iken V2=15 volt yapın ve Vc=5 volt olana kadar V1

gerilimini ayarlayın. V1 voltajını ölçün(Neden VB değil de V1 voltajını

ölçtük).

d) I düğümüne Vpp=1volt f=1kHz olan sinüs uygulayın ve A ve C

düğümlerini osiloskopta AC konumda gözleyin. C düğümünü DC

konumda gözlersek hangi işareti görürüz. A ve C düğümlerindeki

işaretleri milimetrik kağıda çizin.

Tablo 2.1.2

VI IC vb vc vc/vb gm

!!!Bu deneyde elde ettiğiniz gm ve ön gerilim verilerinin transistorün k ve Vt

parametrelerinin hesaplanmasında nasıl kullanılabileceğini irdeleyin.

NOT: Rapor deneylerin yapılış sırasına göre yazılacaktır.

23

DENEY NO: 4

ĠġLEMSEL YÜKSELTEÇLER (OP-AMP) VE UYGULAMALARI

GĠRĠġ: Lineer entegre devre sınıfında olan işlemsel yükselteçler kısaca „Op-

Amp‟ diye adlandırılırlar. Güç sarfiyatlarının az, kararlılıklarının yüksek olması

nedeniyle oldukça karmaşık devrelerde ve çok sayıda kullanılırlar.

Günümüzde; proses kontrol, haberleşme, bilgisayar, gösterge, test ve ölçü

sistemleri gibi alanlarda osilatör, regülatör, logaritmik yükselteç, tepe

dedektörü, gerilim karşılaştırıcısı, aktif filtre, zamanlama devreleri, tetikleme

devreleri gibi alanlarda kullanılmaktadır.

ĠĢlemsel Yükseltecin Genel Özellikleri:

İşlemsel yükselteç , kararlı bir gerilim kazancı sağlamak için gerilim beslemesi

kullanan çok yüksek kazançlı bir fark yükseltecidir. Kullanılan yükselteç, aslında

yüksek giriş empedansı ve düşük çıkış empedansı ile yüksek açık çevrim

kazancına sahip bir fark yükseltecidir. İşlemsel yükseltecin tipik uygulamaları

arasında toplama, çıkarma, integral ve türev alma ve enstrümasyon (ölçüm

yükselteci) devreleri sayılabilir.

İşlemsel yükseltecin iki giriş, bir çıkış, iki besleme olmak üzere toplam beş ucu

bulunmaktadır. İşlemsel yükselteç Şekil 4.1‟deki gibi metal veya plastik kılıflar

içinde bulunabilirler.

ġekil 4.1.

Bir işlemsel yükseltecin sembolü Şekil 4.2‟ deki gibi gösterilmiştir. Girişler, eviren

ve evirmeyen girişleri göstermek için sırasıyla ( - ) ve (+) ile işaretlenmiştir. Artı

girişine uygulanan sinyal, çıkışta aynı polaritede ve yükseltilmiş olarak

görünürken, eksi ucuna uygulanan sinyal çıkışta yükseltilmiş ancak terslenmiş

olarak görülecektir.

Metal Kılıf

LM 741

Plastik Kılıf

24

ġekil 4.2

İşlemsel yükseltecin temel devre bağlantısı Şekil 4.3‟ deki gibidir.

ġekil 4.3 ġekil 4.4

R1 direnci üzerinden eksi ucuna bir V1 giriş sinyali uygulanır. Çıkış gerilimi Rf

direnci üzerinden aynı giriş ucuna beslenir. Artı giriş ucu toprağa bağlıdır.

Devrenin toplam kazancı Vo/V1‟ yi bulmak istersek Op-Amp‟ ın eşdeğer

devresine bakmak gerekir. Şekil 4.3‟ deki işlemsel yükselteç yerine Ri giriş

dirençli çıkış gerilim kaynaklı ve kaynak iç direncini içeren eşdeğer devre

konulmuştur. Şekil 4.4‟ de kesikli çizgiler içinde kalan bölge Op-Amp‟ın

eşdeğer devresidir.

Şekil 4.5‟ de ise Şekil 4.3‟ deki işlemsel yükseltecin ideal olması durumundaki

eşdeğer devresi verilmiştir. Bu durumda işlemsel yükselteç; sonsuz giriş

direncine (Ri = ), sıfır çıkış direncine (Ro= 0) ve sonsuz gerilim kazancına (Ao =

) sahiptir. İdeal işlemsel yükselteç eşdeğer devresinin sadeleştirilmiş hali Şekil

4.6‟ da verilmiştir.

ġekil 4.5 ġekil 4.6

Rf

R1 R0=0

V1

V0 -

Vi Ri = -AoVi

+

R1 Rf

V1 Vi -AoVi =

V0

Rf

R1

V1 Vo

Rf

R1 R0

V1 V0

+

Vi Ri AoVi

-

Eviren giriş

- çıkış

+

Evirmeyen giriş

25

Süperpozisyon teoremini kullanarak Vi gerilimini, kaynaklardan gelecek olan

bileşenler cinsinden bulabiliriz.

Sadece V1 kaynağı devrede iken; Sadece -AoVi kaynağı devrede iken;

1

1

1 VRR

RV

f

f

i

)(1

12 io

f

i VARR

RV

Toplam Vi gerilimi;

)(1

11

1

21 io

ff

f

iii VARR

RV

RR

RVVV

1

1)1(V

RAR

RV

of

f

i

Ao >> 1 olduğundan Ao‟ın yanındaki 1 ve Ao R1 >> Rf olduğundan Ao R1

yanındaki Rf ihmal edilebilir.

1

1

VRA

RV

o

f

i

1V

Vo için çözersek;

11

1

111 R

R

RA

VR

V

A

V

VA

V

V f

o

foioo

11 R

R

V

V fo

Açık çevrim kazancı:

Op-Amp‟a herhangi bir geri besleme uygulanmağı zaman çıkış geriliminin giriş

gerilimine oranı açık çevrim kazancı Ao olarak isimlendirilir. Ao gerilim kazancı

çok büyük değere sahiptir. 741‟ in açık çevrim kazancı 200.000 kadardır. Bu

kazanç DC‟den 5 Hz‟e kadar olan işaretler için geçerlidir. Daha yüksek

frekanslarda kazanç 20 dB/dekad‟ lık bir eğim ile zayıflar.

İdeal bir Op-Amp‟ın özellikleri;

Giriş direnci Ri=, çıkış direnci Ro=0, açık devre gerilim kazancı Ao =

İki giriş arasındaki gerilimler eşit ise çıkış sıfır olur. + ve – girişlerden içeriye doğru

akım akmaz ve bu özellikler sıcaklıkla değişmemelidir.

ĠĢlemsel Yükseltecin Ġç Yapısı:

26

İşlemsel yükseltecin iç yapısı; diferansiyel yükselteç katı, kazanç katı, tampon

(buffer) ve seviye kaydırıcı katlar ve çıkış veya güç katı olmak üzere dört ayrı

blok şeklinde incelenebilir.

ġekil 4.7

1. Fark Yükselteci: İşlemsel yükseltecin ilk katı olan fark yükselteci 0 Hz‟ den birkaç MHz‟e kadar

olan işaretlerin farkını kuvvetlendiren bir yükselteçtir. Fark yükseltecinin 1 ve 2

giriş uçlarına V1 ve V2 gerilimleri uygulanmış olsun. Fark yükseltecin kazancı Ad

(dif. kazanç) ve ortak mod işareti Vc ile gösterilirse

Vc = 2

1(V1 +V2)

Vo = Ad (V1 -V2) = Ad Vd

Böylece V1 ve V2 değerleri; Vd (diff.) ve Vc (common) cinsinden ifade edilmiş

olur.

V1 = Vc +2

1Vd

V2 = Vc -2

1Vd

ġekil 7.8.

V1 ve V2‟nin ayrı ayrı uygulanması halinde (fark yükselteci kazançları A1 ve A2

ise) çıkış işareti aşağıdaki gibi olur.

Vo = Vo1 + Vo2 = A1V1 + A2V2

Daha önce bulunan V1 ve V2 değerleri yerine konursa;

Vo = AdVd + AcVc

Burada;

Fark

Yükselteci

(1)

Kazanç

Katları

(2)

Buffer ve Seviye

Kaydırıcı

(3)

Çıkış

Katı

(4)

V1

V2 Vo

Fark

Yükselteci

V1

V2 Vo

A1

V1

Vo1

A2

V2

Vo2

27

Ad = 2

1 (A1 - A2) “Fark modu gerilim kazancı”

Ac = (A1 - A2) “Ortak mod gerilim kazancı”

İdeal bir yükselteçte Ad çok büyük ve Ac‟nin sıfır olması gerekir. Diferansiyel

yükseltecin kalitesini ifade etmek için bu iki kazanç arasındaki orana bakılır.

Ortak mod bastırma oranı (Common Mode Rejection Ratio) diye isimlendirilen

bu oranın ifadesi aşağıdaki gibidir;

c

d

A

ACMRR

Kaliteli bir fark yükseltecinin özelliklerini şöyle sıralayabiliriz;

CMRR oldukça yüksektir.

Kuvvetlendirilecek işaretler direkt olarak girişlere bağlanabilir.

Çıkış gerilimindeki kayma oldukça küçüktür.

Giriş kutuplama akımları oldukça küçüktür.

2. Kazanç Katları:

Akım Kaynakları ve Aktif Yükler

İşlemsel yükseltecin kazancının mümkün olduğu kadar büyük olması istenir.

Bunu sağlamak için de işlemsel yükseltecin ilk katı fark yükseltecinin yapısında

bulunan kollektör direncinin yüksek tutulması gerekir. Entegre devre

tekniğinde büyük değerli direnç fazla yer kapladığından pasif direncin

kullanılması uygun değildir. Bunun yerine aktif yük direnci olan sabit akım

kaynağı kullanılır. Aktif yükler kazanç katlarında kullanıldığı gibi fark

yükseltecinin kollektör yük direnci olarak da kullanılır.

3. Tampon (Buffer) ve Seviye Kaydırıcılar: İşlemsel yükselteçte kapasite elemanı kullanılmadığından katlar direkt olarak

birbirine bağlanır. Bundan dolayı katlar ilerledikçe, çalışma noktası aşağı veya

yukarı kayar. Çalışma noktasındaki bu kayma besleme gerilimine kadar

devam eder. Bundan sonraki katlar için çalışma noktası elde edilemez. Bunun

dışında işlemsel yükseltecin girişinde işaret yok iken çıkışın sıfır olması içinde

seviye ayarlanması gereklidir. Seviye kaydırıcı olarak giriş direnci büyük, çıkış

direnci küçük olan emetör takipçisi devre kullanılır. Bu devre tampon (buffer)

olarak bilinir.

4. ÇıkıĢ Katları: İşlemsel yükseltecin çıkış direnci çok küçük olması gerekir ki kolaylıkla ve yeteri

kadar bir yük akımı sağlanabilsin. Çıkış direncinin küçük olması çıkış katlarının

temel bir özelliğidir.

ĠĢlemsel Yükselteçlerinin Karakteristikleri:

28

DA ve aa veya her ikisini birlikte kuvvetlendirmek gayesi ile en çok kullanılan

yükselteç işlemsel yükselteçtir. Özellikle DA işaretlerin kuvvetlendirilmesinde

işlemsel yükselteç hatalı sonuç verebilir. İşlemsel yükseltecin çıkış işareti; giriş

işareti ile kapalı çevrim kazancının çarpımına eşittir. İşlemsel yükseltecin iç

devrelerindeki dengesizlikten dolayı çıkış işareti farklı olabilir. Bu fark fazla değil

ise yapılan hata ihmal edilebilir aksi halde ise bu hatayı küçültmeye

çalışmalıyız. DA işaretlerin kuvvetlendirilmesinde hata oluşturan işlemsel

yükselteç karakteristikleri şunlardır;

Giriş öngerilimleme akımı (input bias current)

Giriş ofset akımı (input offset current)

Giriş ofset gerilimi (input offset voltage)

Kayma (drift)

İşlemsel yükselteç aa işaretlerin güçlendirilmesinde kullanıldığında, kapasitif

bağlantıdan dolayı yukarıdaki hata kaynakları yok olacaktır. aa yükselteç için

ise aşağıdaki hata kaynakları önemli olacaktır.

Frekans cevabı (frequency response)

Değişim hızı (slew rate)

a. GiriĢ öngerilimleme akımı, IB (input bias current)

İşlemsel yükselteçlerin kutuplamaları yani baz akımları ve kollektör emetör

gerilimleri dengeli bir şekilde yapılmalıdır. Bu durumda işlemsel yükseltecin

girişlerinden çok küçük değerli bir kutuplama akımı akar. Şekil 7.9‟da

gösterildiği gibi + girişten IB+ ve – girişten IB- kutuplama akımı akar ve bu iki akım

birbirlerine eşit olmayabilir. Bu iki akımının mutlak değerlerinin toplamlarının

yarısına giriş öngerilimleme akımı denir.

2

|I| |I| BB

BI

Şekil 4.9

IB-

IB

+

29

b. GiriĢ ofset akımı, IOS (input offset current)

İşlemsel yükseltecin çıkış gerilimi Vo=0 olduğunda (veya yapıldığında) IB+ ve IB-

akımlarının mutlak değerlerinin farkına giriş ofset akımı denir.

|I| |I| BB

osI

c. GiriĢ ofset gerilimi, VĠO (input offset voltage)

İdeal opamp‟da giriş uçları topraklandığında çıkış gerilimi Vo sıfıra eşit olur.

Pratikte ise opamp‟ın içindeki dengesizlikten dolayı çıkış gerilimi sıfırdan farklı

bir değerde olmaktadır. Çıkıştaki bu hata gerilimi mikrovolt mertebesinden

başlayıp mili volt mertebesine kadar çıkabilir. Çıkış gerilimini sıfır yapabilmek

için iki giriş arasına uygulanması gereken gerilime giriş ofset gerilimi denir. Her

opamp için bu değer farklı olup 741 için |2| mV ile |6| mV arasındadır.

d.Kayma (drift)

Çıkıştaki hata gerilimi, dengesizlik direncinin sıfırlanması ile minimum

yapılmaktadır. Bu ayarlama belirli bir sıcaklık ve bir an için geçerlidir. Ofset

akım ve gerilimi sıcaklıkla değiştiği gibi devre elemanlarının zamanla

değişmesinden de etkilenmektedir. Bunlara ilaveten kaynak gerilimi de, bias

ve ofset akımlarına etki eder. Regüleli bir gerilim kaynağı ile bu hata yok

edilebilir. Sıcaklıktan etkilenmemek için ise ya devrenin bulunduğu ortamdaki

sıcaklığın sabit tutulması, yada sıcaklıktan az etkilenen Op-Amp seçmek

gerekir. Giriş ofset akım ve geriliminin sıcaklıkla değişmesine kayma (drift)

denir. Ofset akımındaki kayma nA/oC ve ofset voltajındaki kayma ise V/ oC

mertebesindedir.

e.Frekans cevabı (frequency response)

Op-Amp aa işaretlerin kuvvetlendirilmesinde kullanıldığında aa işaretin genliği

önemli olmaktadır. Tepe değeri 1V‟ tan küçük olan küçük işaret , büyük olan

büyük işaret adını alır. Küçük işaretlerde önemli olan Op-Amp‟ ın karakteristiği,

gürültü ve frekans cevabıdır. Büyük işaretlerde ise değişim hızı önemli olup

bozulma meydana gelip gelmeyeceğini gösterir. Birçok genel amaçlı ve özel

amaçlı Op-Omp yüksek frekanslarda bozulmaya girmemeleri için kompanze

edilmişlerdir. Kompanzasyon, Op-Amp‟ın içine uygun bir yere yerleştirilen 30

pF civarında bir kapasite ile sağlanır. Op-Amp‟ın içindeki diğer kaçak

kapasiteler yanında kompanzasyon kapasitesi daha büyüktür.

f. DeğiĢim hızı (slew rate)

Değişim hızı Op-Amp‟ın çıkışının ne derece hızlı değişebildiğini ifade eder.

Genel amaçlı 741‟in değişim hızı 0.5 V/s‟ dir. Yani çıkış gerilimi 1s‟de 0.5 V

değişebilir. Değişim hızı Op-Amp‟ın kazancına, kompanzasyon kapasitesine ve

çıkış geriliminin pozitife veya negatife gidişine bağlıdır. Değişim hızı en küçük

değere birim kazançta ulaşır. Bundan dolayı değişim hızı birim kazançta verilir.

30

ĠĢlemsel Yükselteç Uygulamaları:

1. Eviren Yükselteç:

Op-Amp‟ ın en önemli uygulama alanı yükselteç yapımıdır. Yükselteç girişine

uygulanan elektriksel işareti bozmadan kuvvetlendirerek çıkışına ulaştıran bir

sistemdir. Çıkış ile negatif uç arasında geri besleme varsa bu negatif geri

besleme adını alır. Böyle bir yükselteç açık çevrim kazancından (Ao) bağımsız

bir kapalı çevrim kazancına (Acl) sahiptir. Bu kapalı çevrim kazancı devre

elemanlarına bağlıdır. Açık çevrim kazancının büyük olması bu bağımsızlığı

daha da arttırır. Şekil 4.10‟da eviren bir yükselteç gösterilmiştir. Vg giriş işareti

ile Vo arasındaki bağıntı Şekil 4.11‟deki eşdeğer devrede gösterildiği gibi Rg

ve Rf dirençleri ile ifade edilir.

ġekil 4.10 ġekil 4.11

Girişe uygulanan Vg kaynağı aa veya DA olabilir. Her ikiside aynı şekilde

kuvvetlendirilir. (-) ve (+) uçlar arasındaki gerilim farkının sıfır olması nedeniyle (-

) uç da toprak potansiyelindedir. Eğer girişe Vg pozitif gerilimi uygulanmış ise

Rg direncinden akan akım I = Vg/Rg olur. Kaynak direncinin Rg‟in içinde

olduğu kabul edilecektir. Op-Amp‟ın uçlarından içeriye doğru akım

akmadığından (giriş direnci çok büyük olduğundan) I akımının tümü Rf geri

besleme direncinden akar. Rf‟ deki gerilim düşümü;

of

g

g

fRf VRR

VIRV dur

Rf‟in bir ucu toprak potansiyelinde olduğundan uçlarındaki gerilim düşümü –

Vo olur. Çıkış ise

g

g

f

o VR

RV dir.

Buradan kapalı çevrim kazancı yazılırsa

g

f

g

o

clR

R

V

VA elde edilir.

Rf

Rg

Vg Vo

31

(-) işaret Vo ile Vg‟in ters fazlı olduğunu gösterir. Bundan dolayı bu yükselteç

eviren yükselteç adını alır.

2. Evirmeyen Yükselteç:

Şekil 4.12‟ de evirmeyen yükselteç görülmektedir. Bu devrelerde giriş gerilimi

ile çıkış gerilimi aynı fazdadır.

g

g

f

o VR

RV

1

ġekil 4.12

3. Gerilim Ġzleyici:

Şekil 4.13‟ de bir gerilim izleyici görülmektedir. Bu devrenin kazancı bire eşittir.

aa uygulamalarda kullanıldığı zaman özellikle empedans uyumu için yani

yüksek iç dirençli bir kaynağı (devreyi), küçük empedanslı (kapasitif de

olabilir) bir yüke bağlamak için kullanılır.

Şekil 4.13

4. Ġntegral Alıcı:

Şekil 4.14‟ de integral alma devresi görülmektedir.

dttVgCR

tVog

)(1

)(

Şekil14

ġekil 4.14.

5. Türev Alıcı:

Şekil 4.15‟ de türev alıcı bir devre görülmektedir.

dt

tdVgRgCtVo

)()(

Rf

ġekil-4.15

32

Simetrik Besleme:

Op-Amp‟ ı bazı uygulamalarında simetrik beslemek gerekebilir. Simetrik

beslemeyi söz ile ifade edersek; iki kaynağı seri olarak bağlayalım.

Bağladıktan sonra oluşan (-) uç –Vcc, (+) uç +Vcc ve ortak uçlarda GND‟yi

temsil eder. Şematik olarak gösterimi aşağıdadır.

ÖN HAZIRLIK:

1. LM 324 entegresinin katalog bilgilerini araştırınız ve bağlantı şeklini çiziniz.

2. Evirmeyen yükselteç devresinin transfer fonksiyonunu g

o

V

V‟ yi bulunuz.

3. Türev ve integral alma devresinin çıkış fonksiyonu Vo‟ yu çıkartınız.

4. Simetrik besleme nasıl yapılır? Op-Amp beslemesinde neden simetrik beslemeye

ihtiyaç duyulur?

5. CMRR ne demektir? Açıklayınız. Bir işlemsel yükselteçte CMRR‟ nin yüksek olması

ne anlama gelir?

6. Bir kare dalga üreteci devresinde Op-Amp kullanılmaktadır. Bu devre ile elde

edilen kare dalganın 0‟dan 1‟e ve 1‟den 0‟a geçişlerinin yavaş olduğu

görülmektedir. Buna sebep olan Op-Amp parametresi hangisidir ?

7. İşlemsel yükselteci oluşturan blokları çiziniz ve her bir bloğu kısaca açıklayınız.

DENEYĠN YAPILIġI:

1. Şekil 4.10‟ daki devrede Rf = 100k, Rg = 1k seçiniz ve giriş işaretini f = 1 kHz ve

Vg=20 mVp olacak şekilde ayarlayınız. Giriş çıkış işaretini aynı anda gözleyiniz ve

çiziniz. Kazancı hesaplayınız. Giriş işaretini çıkışta bozulma görünceye kadar

arttınız ve bu değeri not ediniz. Bu bozulmanın hangi değerde olduğunu göz

önünde bulundurarak sebebini araştırınız.

2. Şekil 4.12‟ deki devrede Rf =100k, Rg=1k seçiniz ve giriş işaretini f = 1 kHz ve

Vg=20mVp olacak şekilde ayarlayınız. Giriş çıkış işaretini aynı anda gözleyiniz ve

çiziniz. Kazancı hesaplayınız. Giriş işaretini çıkışta bozulma görünceye kadar

arttınız ve bu değeri not ediniz. Bu bozulmanın hangi değerde olduğunu göz

önünde bulundurarak sebebini araştırınız. 1. aşamada bulduğunuz değerle

karşılaştırıp aradaki farkın neden kaynaklandığını düşününüz.

- + - +

-Vcc toprak +Vcc

33

3. Şekil 4.13‟ deki devrede giriş işaretini f = 1 kHz ve Vg = 20 mVp olacak şekilde

ayarlayınız. Giriş çıkış işaretini aynı anda gözleyiniz ve çiziniz. Kazancı hesaplayınız.

Giriş işaretini çıkışta bozulma görünceye kadar arttınız ve bu değeri not ediniz.

4. Şekil 4.14‟deki devrede Rg 10k‟ luk pot, C= 100 nF seçiniz ve giriş işaretini f = 1

kHz ve Vg = 50 mVp olacak şekilde ayarlayınız. Giriş çıkış işaretini aynı anda

gözleyiniz ve çiziniz. Rg direncinin değerini ölçünüz. Kazancı hesaplayınız.

5. Şekil 4.15‟ deki devrede Rg 10 k‟ lık pot, C= 100 nF seçiniz ve giriş işaretini f =1

kHz ve Vg = 50 mVp olacak şekilde ayarlayınız. Giriş çıkış işaretini aynı anda

gözleyiniz ve çiziniz. Rg direncinin değerini ölçünüz. Kazancı hesaplayınız.

6. Op-amp‟ ı 10 V‟ luk simetrik besleme ile besleyiniz. Terslemeyen girişi toprağa

bağlayınız. Diğer girişe 5mVp ve f =1 kHz‟ lık sinüs işareti uygulayınız. Op-Amp

çıkışını ve girişini OSC‟ da gözleyiniz.

34

DENEY NO: 5

FARK KUVVETLENDĠRĠCĠLERĠ (DIFFERENTIAL AMPLIFIERS) Malzeme Listesi :

Transistör : 4xBC237

Direnç : 1x22kΩ, 2x12kΩ, 1x11kΩ, 2x10kΩ, 2x1kΩ

Amaç: 1) Fark kuvvetlendiricisine(differential amplifier) ait DC ve AC analizlerin yapılarak DC

çalışma noktasının bulunması, ortak işaret ve fark işaret kazancının, ortak zayıflatma

oranının bulunması

2) Akım aynasının(current mirror) kazanca etkisinin incelenmesi.

5.1.Genel Bilgi Fark kuvvetlendiricileri genel olarak girişindeki AC işaret farkını yükselten

kuvvetlendiricilerdir. Fark yükselteci devresinin özellikle yüksek kazançlı

kuvvetlendiricilerin giriş katı olarak kullanılmasına neden olan çok yararlı çeşitli

özellikleri mevcuttur. Kuvvetlendiricinin simetrik olması nedeniyle eş özellikli

transistörler seçerek (genellikle bu transistörler aynı silisyum kırmık üzerinde

gerçeklenirler) oldukça kararlı ve sürüklenmelere dayanıklı devreler oluşturulabilir.

Çıkışta görülmek istenen işaret büyük genlikli bir ortak DC gerilime sahip iki uçtan

gelen işaretin farkı ise bu devre idealdir. OPAMP devreleri de kaskat bağlanmış fark

yükselteçleri kullanarak tasarlanır. Böylece oldukça kararlı ve yüksek kazançlı

kuvvetlendiriciler elde edilir.

ġekil 5.1 Temel Fark Kuvvetlendiricisi

Şekil 5.1‟deki fark kuvvetlendiricisi devresindeki transistörlerin çalışma noktalarını

bulmak için DC analiz yapılmalıdır.

5.1.1.DC Analiz Çıkış akımı ve gerilimlerini bulmak için gerekli olan denklemler aşağıda verilmiştir.

V1-V2=0

(5.1) VBE + ITBE – VEE = 0 (5.2)

IT=𝑉𝐸𝐸 − 𝑉𝐵𝐸

𝑅𝐸 (5.3)

IE = IB+IC = (1+β)IB (5.4)

IT = 2IE ≅ 2IC (5.5)

35

IC = 𝑉𝐸𝐸 − 𝑉𝐵𝐸

2𝑅𝐸 (5.6)

Vo1 = Vo2 = VCC - ICRC = VCC – (𝑉𝐸𝐸 − 𝑉𝐵𝐸

2𝑅𝐸) Rc (5.7)

Vod = Vo1−Vo2 = 0 (5.8)

İdeal bir fark kuvvetlendiricisinde girişler “0” iken çıkış gerilimleri arasındaki fark (VOD)

“0” olmalıdır.

5.1.2.AC Analiz Devrenin AC modeli Şekil 5.2‟de verilmiştir.

ġekil 5.2 Temel Fark Kuvvetlendiricisinin AC Eşdeğer Modeli

Kullanılan transistörler eşdeğer yapıda olduğu için gm1=gm2; rπ1= rπ2 „dir.

Giriş işaretleri arasındaki farka “giriş fark işareti” denir.

Vid ile gösterilir.

Vid = V1-V2 (5.9)

Giriş işaretlerinin ortalama değerine “giriş ortak işareti” denir. Vic ile gösterilir.

Vic = 𝑉1+ 𝑉2

2 (5.10)

Devrenin çalışmasını ikiye ayırabiliriz.

1- V1 = -V2 haline fark işareti denir.

2- V1 = V2 haline ortak işaret denir.

1.1.2.a. GiriĢ ĠĢaretinin Fark ĠĢareti Olması Durumu

V1= −V2 (5.11)

V1 = Va(t) (5.12)

V2 = Va(t) (5.13)

Bu durumda Vic ve Vid aşağıda gösterildiği gibi olur.

Vic = 𝑉1+ 𝑉2

2 = 0 (5.14)

Vid = V1-V2 = 2 Va(t) (5.15)

36

Fark işareti uygulanması durumunda fark kuvvetlendiricisi devresinin eşdeğer modeli

Şekil 5.3‟de verilmiştir.

ġekil 5.3 Girişlere fark işareti uygulanması durumu

E noktası için:

gπ Vπ1 + gm Vπ1 + gm Vπ2 + gπ Vπ2 = GE VE (5.16)

- 𝑉𝑖𝑑

2 + Vπ1 + VE = 0 Vπ1 =

𝑉𝑖𝑑

2 - VE (5.17)

𝑉𝑖𝑑

2 + Vπ2 + VE = 0 Vπ2 = -

𝑉𝑖𝑑

2 - VE (5.18)

Vπ1 + Vπ2 = -2 VE (5.19)

(Vπ1 + Vπ2)( gπ+ gm) = GE VE (5.20)

(2gπ+ 2gm + GE)VE = 0 (5.21)

Burada eşitsizliğin sağlanması için (2gπ+ 2gm + GE) 0 olduğundan VE = 0 olmalıdır.

Vπ1 = 𝑉𝑖𝑑

2 - VE =

𝑉𝑖𝑑

2 (5.22)

Vπ2 = - 𝑉𝑖𝑑

2 - VE =

𝑉𝑖𝑑

2 (5.23)

Devrenin çıkış gerilimleri aşağıda verilmiştir.

Vo1 = -gm Vπ1 Rc = -gm Rc 𝑉𝑖𝑑

2= -

𝑅𝑐

𝑟𝑒 𝑉𝑖𝑑

2 (5.24)

Vo2 = -gm Vπ1 Rc = gm Rc 𝑉𝑖𝑑

2 =

𝑅𝑐

𝑟𝑒 𝑉𝑖𝑑

2 (5.25)

Buradaki re değeri transistörün geçiş direncidir ve büyüklüğü re = 𝑉𝑇𝐻

𝐼𝐶 „dir. Çıkış fark

işareti Vod = Vo1−Vo2 olduğuna göre;

Vod = - 𝑅𝑐

𝑟𝑒 𝑉𝑖𝑑

2 -

𝑅𝑐

𝑟𝑒 𝑉𝑖𝑑

2 =

𝑅𝑐

𝑟𝑒 Vid (5.26)

Fark işaret kazancı (Add) ise aşağıda verilmiştir:

Add = 𝑉𝑜𝑑

𝑉𝑖𝑑 = -

𝑅𝑐

𝑟𝑒 (Vic = 0) (5.27)

37

5.1.2.b GiriĢ ĠĢaretinin Ortak ĠĢaret Olması Durumu V1 =V2, V1=V b (t) , V2 =V b (t)

Bu durumda Vic ve Vid aşağıda gösterildiği gibi olur.

Vic = 𝑉1+ 𝑉2

2 = V b (t) (5.28)

Vid = V1-V2 = 0 (5.29)

Ortak işareti uygulanması durumunda fark kuvvetlendiricisi devresinin eşdeğer modeli

Şekil 5.4‟de verilmiştir.

ġekil 5.4 Girişlere ortak işaret uygulanması durumu

Vic = İb r𝜋+2(1+β)𝑅𝐸 = V b (t) (5.30)

İb = V b (t)

r𝜋 +2(1+β)𝑅𝐸 (5.31)

Devrenin çıkış gerilimleri aşağıda verilmiştir.

(5.32)

Çıkış ortak işareti Voc = 𝑉1+ 𝑉2

2 = Vo1 = Vo2 olur. (5.33)

Ortak işaret kazancı (Acc) ise aşağıda verilmiştir. (5.34)

İdeal bir fark kuvvetlendiricisinde ortak işaret kazancı (Acc) sıfırdır. Fark işaret

kazancının (Add), ortak işaret kazancına oranına “Ortak İşaret Zayıflatma Oranı

(Common Mode Rejection Ratio, CMRR)” denir. Fark yükselteçlerinin yaygın

kullanılan bir performans ölçütü olan CMRR şu şekilde tanımlanır:

(5.35)

Yukarıdaki formülden de görüldüğü üzere CMRR değerinin büyük olması için RE

direncini büyütmek gerekir, ancak RE direnci arttırılırsa aynı IE akımı ile devreyi

sürebilmek için gereken besleme gerilimi değeri çok artacaktır. Bu nedenle devrede

RE direnci yerine sabit akım kaynağı görevi gören akım aynası (Şekil5.5) kullanılır.

38

ġekil 5.5 a.) RE Direnci ile Farksal Kuvvetlendirici

b) RE Direnci Yerine Akım Aynası Kullanılarak Elde Edilen Farksal Kuvvetlendirici

Doğru akım kaynağı küçük işaretler için yüksek direnç göstereceğinden (açık devre

gibi düşünülebilir) akım aynası kullanılan devrede VEE gerilimini arttırmaya gerek

olmadan yüksek CMRR elde edilebilir.

5.2. Deney Öncesi Yapılacaklar 1. Şekil 5.5a ve 5.5.b‟ deki fark kuvvetlendiricisinin AC eşdeğer devrelerini ve

çalışma prensiplerini gözden geçiriniz.

2. Şekil 5.5a ve 5.5.b‟ deki devrenin kazanç ifadelerini (Add ve Acc) ve CMRR

değerlerini föyde verilen bilgileri kullanarak hesaplayınız. Hesaplamalarınız için

simülasyon programı kullanabilirsiniz. Bu hesapladığınız değerleri deney

sonunda bulduğunuz ölçüm sonuçlarıyla karşılaştıracaksınız.

Not: Teorik hesaplama sırasında akım aynalı yapı için Acc değerini “0” olarak

alabilirsiniz.

5.3. Deneyde Yapılacaklar 1. Şekil 5.5.a‟daki devreyi kurunuz. + ve – besleme gerilimlerini dikkatli bağlayınız,

DC kaynakların ve devrenizin toprak bağlantısının neresi olduğuna dikkat

ediniz.

2. Devrenin Vi1 ve Vi2 girişlerine fark işareti (a) uygulayınız.

a. Vi1 = 10mV.sin(2π.103.t)

Vi2 = 0V

Farksal çıkış gerilimini (Vo1-Vo2) ölçerek kazancı (Add) ölçümlerinize göre

bulunuz.

Not: Fark iĢaretini ölçerken 1 probun 2 ucu çıkıĢ noktalarına bağlanacaktır.

3. Devrenin Vi1 ve Vi2 girişlerine ortak işaret (b) uygulayınız.

b. Vi1 = Vi2 = 10mV.sin(2π.103.t)

Ortak çıkış gerilimini (Vo1 veya Vo2 ) ölçerek kazancı (Acc) ölçümlerinize göre

bulunuz.

4. Devrenin CMRR oranını ölçüm değerlerinden yararlanarak hesaplayınız ve ilgili

tabloyu doldurunuz.

5. Şekil 5.5.b‟deki devre ile yukarıdaki adımları tekrarlayınız.

39

5.4. Deney Sonu Soruları

1. CMRR değerinin büyük olmasının önemi nedir? Açıklayınız.

2. Akım aynasının Add, Acc ve CMRR değerine etkisi ne olmuştur?

3. Şekil 5.5.b için bulunan CMRR değerini, Şekil 5.5.a‟ da olduğu gibi akım

kaynağı yerine dirençle sağlayabilmek için gerekli VEE gerilimini hesaplayınız.

DENEY 5 Sonuç Sayfası

ġekil 5.6 Şekil 5.5.a’ daki Devreye İlişkin Fark Modu ve Ortak Mod Çıkışı

ġekil 5.7 Şekil 5.5.b’deki devreye ilişkin Fark Modu ve Ortak Mod Çıkışı

Tablo 5.1 Farksal kuvvetlendiricinin kazanç ve CMRR ifadelerinin karĢılaĢtırılması

40

DENEY NO: 6

OPAMP’LI AKTĠF FĠLTRE UYGULAMASI

DENEYĠN AMACI: 1. dereceden alçak geçiren filtre, yüksek geçiren filtre ve 2.

dereceden bant geçiren filtrelerin aktif elemanlar ile gerçeklenmesi.

DENEY MALZEMESĠ: Opamp: 1 x LM324

Direnç: 2 x 15kΩ, 2 x 7.5kΩ

Kapasite: 2 x 10 nF, 2 x 4.7 nF

6.1. ÖN BĠLGĠ: Elektrik devrelerinde çok kullanışlı yapılar olan analog devrelerin

başında filtreler gelir. Filtre yapıları elektriksel işaretlerin frekans spektrumlarına biçim

vermek amacıyla kullanılan devrelerdir. Pasif R, L, C elemanlarıyla gerçekleştirilen bu

devreler aynı zamanda aktif elemanlarla (transistör, opamp vs.) birlikte sadece R

veya C elemanları veya bunların her üçünü birden kullanarak da gerçekleştirilebilir.

Filtreler elektronik ve haberleşme sistemlerinde oldukça geniş bir uygulama alanı

bulmaktadır. Özellikle, sisteme uygulanan frekanslardan yalnızca istenenlerinin

geçirilmesi amacıyla kullanılırlar. Gerçeklenen transfer fonksiyonunun frekansla

değişimine bağlı olarak alçak geçiren, yüksek geçiren, bant geçiren, bant söndüren

türden filtreler söz konusudur. Kesim frekansı, kalite faktörü, geçirme bandı kazancı ise

önemli filtre parametrelerindendir. Pasif filtrelerde direnç, kapasite ve bobin kullanılır.

RC filtrelerinde transfer fonksiyonunun kökleri reel olur. Bu tip filtrelerde değer

katsayısının küçük olduğu görülür. Büyük kalite faktörü elde edilmek istendiğinde LC

filtreleri kullanmak daha uygun olur. Ancak düşük frekanslarda gerekli bobin

indüktanslarının büyük olması gerekeceğinden hem devrenin kapladığı alan hem de

maliyet artar. Bu nedenle düşük frekanslarda daha çok aktif filtreler tercih edilir. Aktif

filtrelerin en önemli avantajları küçük ve hafif olmalarıdır. Ayrıca güvenirlikleri yüksek,

seri üretim nedeniyle ucuz ve küçük boyutları nedeniyle de parazitleri düşüktür. Buna

karşın, aktif elemanın sonlu bant genişliği nedeniyle erişilebilecek kutup frekansları

sınırlıdır. Ayrıca filtre karakteristiğinin keskinliğini belirleyen kalite faktörü ile kutup

frekansı ters orantılıdır. Dolayısıyla optimum bir çözümün bulunması söz konusudur.

Bunun dışında aktif filtrelerde, karakteristiklerinin eleman değerlerindeki değişimlere

duyarlığı daha yüksektir ve aktif eleman nedeniyle ayrıca bir besleme devresi

gerektirirler.

6.1.1. Filtre Türünün Tespiti

Genel olarak filtre transfer fonksiyonlarının limitini s → ∞ ve s → 0 için alarak ne

tür filtreye ait oldukları bulunabilir. AGF‟nin transfer fonksiyonunu limit işlemi

uygulanırsa;

41

Burada A filtrenin maksimum kazancıdır. Limit işleminden görüldüğü gibi yüksek

frekanslarda filtrenin kazancı sıfır olmakta, düşük frekanslarda ise maksimum kazanca

ulaşmaktadır. Diğer filtrelerin transfer fonksiyonlarına basit bir limit işlemi ile analiz

edilebilir.

6.1.2. Filtre Karakteristikleri

6.1.2.a. Alçak Geçiren Filtre Karakteristikleri Alçak geçiren filtre yapısında 0 Hz ile kesim frekansı ( fH ) arasında sabit bir kazanç

vardır (genellikle birim kazanç). Kesim frekansında, alçak frekans kazancı 3 dB azalır.

0 Hz ile kesim frekansı ( fH ) arasındaki frekanslar bant geçirme frekansı, fH ‟dan

büyük frekanslar ise bant söndürme frekansıdır. Bant söndürme frekansında kazanç

oldukça azalır.

(a) (b)

ġekil 6.1. Alçak Geçiren Filtre Karakteristikleri

a) İdeal Filtre b) Pratik Filtre

6.1.2.b. Yüksek Geçiren Filtre Karakteristikleri Yüksek geçiren filtre yapısında kesim frekansından ( fL ) daha büyük frekanslarda

sabit bir kazanç vardır (genellikle birim kazanç). Kesim frekansında, yüksek frekans

kazancı 3dB azalır. 0 Hz ile kesim frekansı ( fL ) arasındaki frekanslar bant söndürme

frekansı, fL ‟den büyük frekanslar ise bant geçirme frekansıdır. Bant söndürme

frekansında kazanç oldukça azalır.

42

(a) (b)

ġekil 6.2 Yüksek Geçiren Filtre Karakteristikleri

a) İdeal Filtre b) Pratik Filtre

6.1.2.c. Bant Geçiren Filtre Karakteristikleri Bant geçiren filtre, sadece belirli frekans aralığını geçirir, diğerlerini söndürür. Bant

geçirme aralığı, kesim frekansları ( fH , fL ) arasında kalan bölgeyi ifade eder. Filtrenin

bant genişliği (β = fH − fL ) olarak ifade edilir.

(a) (b)

ġekil 6.3 Bant Geçiren Filtre Karakteristikleri

a) İdeal Filtre b) Pratik Filtre

6.1.3. Filtre Transfer Fonksiyonları ve Devrelerinin Analizi

6.1.3.a 1.Dereceden Alçak Geçiren Filtre

Birinci dereceden alçak geçiren filtrenin transfer fonksiyonu aşağıda verilmiştir.

Burada K kazanç, wc AGF‟nin kesim frekansıdır. Şekil 6.4‟de verilen alçak

geçiren filtrenin analizi yapılıp, transfer fonksiyonu devre elemanlarına bağlı

olarak elde edilmiştir.

43

ġekil 6.4. Birinci Derece Alçak Geçiren Filtre

Burada K ve wc eşitlikleri bulunabilir.

6.1.3.b 1.Dereceden Yüksek Geçiren Filtre

Birinci dereceden yüksek geçiren filtrenin transfer fonksiyonu aşağıda

verilmiştir.

Burada K kazanç, wc YGF‟nin kesim frekansıdır. Şekil 6.5‟de verilen alçak

geçiren filtrenin analizi yapılıp, transfer fonksiyonu devre elemanlarına bağlı

olarak elde edilmiştir.

ġekil 6.5 Birinci Derece Yüksek Geçiren Filtre

Burada K ve wc eşitlikleri bulunabilir.

44

6.1.3.c. Bant Geçiren Filtre

İkinci derece bir bant geçiren filtrenin genel ifadeyle transfer fonksiyonu

aşağıda verilmiştir.

Burada K kazanç, β bant genişliği ve w0 BGF‟nin merkez frekansıdır. Bant

genişliği β=w0/Q olarak tanımlıdır. Burada Q kalite faktörüdür. Kalite faktörü ne

kadar büyük olursa devrenin bant genişliği azalacak, kazancı artacaktır.

ġekil 6.6. Bant Geçiren Filtre

Burada alt kesim frekansı ( fL ), üst kesim frekansı ( fH ) ve band genişliği (β ) aşağıdaki eşitlikler ile bulunabilir.

6.1.4. Filtre Tasarım Kriterleri

6.1.4.a Kazanç (Band-pass gain)

Aktif filtreler kullanılarak 1‟den yüksek kazanç elde etmek mümkündür. Birçok

aktif filtre yapısı filtrenin kazancını belirleyen kazanç katsayısı içerirler. Düz bant

geçirme kazancına sahip filtreler sıklıkla kullanılır. Bu karakteristiğe sahip

filtreler, Butterworth filtre olarak adlandırılır. Diğer bir sınıf olan Chebyshev

45

filtreler ise bant geçirme kazancında dalgalanmaya (ripple, overshoot) sebep

olurlar.

ġekil 6.7. Butterworth vs. Chebyshev

6.1.4.b Kesim frekansları (Cut-off frequencies)

Kesim frekansları (fH, fL) filtre devresindeki kapasite ve direnç değerleri ile

belirlenir.

6.1.4.c Frekans eğrisinin düĢme eğimi (Roll-off rate)

Frekans eğrisinin düşme eğimi, filtre kazancının bant söndürme bölgesindeki

değişim oranıdır. Bu oranın yüksek olması, frekans seçimini iyileştirmesini sağlar.

Şekil 6.4‟te de görüldüğü üzere Chebyshev filtre yapısında bu oran

Butterworth filtre yapısına göre daha yüksektir. Frekans eğrisinin düşme

eğimini, filtrenin derecesi belirler. Örneğin, 1. Derece filtrede 20dB/decade

değerinde bir eğim varken, 2.derece bir filtrede bu değer 40dB/decade olur.

6.1.4.d Kalite Faktörü (Quality Factor)

Band geçiren filtreler için Q (kalite faktörü), merkez frekansın ( fo ), band

genişliğine (β) oranıdır.

Alçak geçiren ve yüksek geçiren filtreler için Q, kutup kalitesini gösterir. Yüksek

kalite faktörleri grafiksel olarak 0 dB çizgisi ile filtrenin kazanç cevabının tepe

noktası arasındaki mesafe olarak gösterilebilir. Q en düşük 1 olarak seçilir.

6.2. Ön Hazırlık

1. Deneye gelmeden önce LM324 katalogunu inceleyiniz.

46

2. Şekil 6.8 ve şekil 6.9‟da verilen devreleri simülasyon programlarıyla

gerçekleyiniz.

3. AC analiz yapılarak alçak ve yüksek geçiren filtrelerin kesim frekansını ve

maksimum çıkış genliğini, bant geçiren filtrenin merkez frekansını, bant

genişliğini ve maksimum çıkış genliğini bulup not alınız.

6.3. Deneyin YapılıĢı

1- Alçak Geçiren Filtre

1. Şekil 6.8‟de verilen 1. devreyi kurunuz.

2. Devrenin girişine Vinp-p=20mV uygulayınız. Devredeki Opamp„lar için

besleme gerilimleri ±12V‟dur.

3. Devrenin kesim frekansını bulunuz. Giriş işaretinin frekansını tabloda verilen

değerlere göre ayarlayınız. Osiloskop ekranında gözlemlediğiniz değerlere

göre Tablo 2.1‟i doldurunuz.

4. Elde ettiğiniz değerlere göre kazanç(dB)-frekans eğrisini çiziniz (Şekil 6.10).

2- Yüksek Geçiren Filtre

1. Şekil 6.8‟de verilen 2. devreyi kurunuz.

2. Devrenin girişine Vinp-p=20mV uygulayınız. Devredeki Opamp„lar için

besleme gerilimleri ±12V‟dur.

3. Devrenin kesim frekansını bulunuz. Giriş işaretinin frekansını tabloda verilen

değerlere göre ayarlayınız. Osiloskop ekranında gözlemlediğiniz değerlere

göre Tablo 2.2‟yi doldurunuz.

4. Elde ettiğiniz değerlere göre kazanç(dB)-frekans eğrisini çiziniz (Şekil 6.11).

3- Band Geçiren Filtre

1. Şekil 6.9‟de verilen devreyi kurunuz.

2. Devrenin girişine Vinp-p=20mV uygulayınız. Devredeki Opamp‟lar için

besleme gerilimleri ±12V‟dur.

3. Devrenin merkez, alt ve üst kesim frekanslarını bulunuz. Giriş işaretinin

frekansını tabloda verilen değerlere göre ayarlayınız. Osiloskop ekranında

gözlemlediğiniz değerlere göre Tablo 2.3‟ü doldurunuz.

4. Elde ettiğiniz değerlere göre kazanç(dB)-frekans eğrisini çiziniz (Şekil 6.12).

(a) (b)

47

ġekil 6.8 (a) 1.Derece Alçak Geç. Filtre Dev. (b) 1.Derece Yüksek Geç. Filtre Dev.

ġekil 6.9. 2.Derece Bant Geçiren Filtre Devresi

Tablo 2.1 Alçak Geçiren Filtrenin Kazanç Frekans Eğrisi için Elde Edilen

Değerler

ġekil 6.10. Alçak Geçiren Filtre için Kazanç(dB)-Frekans eğrisi

48

Tablo 6.2 Yüksek Geçiren Filtrenin Kazanç Frekans Eğrisi için Elde Edilen

Değerler

ġekil 6.11. Yüksek Geçiren Filtre için Kazanç(dB)-Frekans eğrisi

Tablo 6.3 Bant Geçiren Filtrenin Kazanç Frekans Eğrisi için Elde Edilen Değerler

49

ġekil 6.12. Band Geçiren Filtre için Kazanç(dB)-Frekans eğrisi

6.4. Rapora Eklenecekler

1. Pasif ve aktif filtre devrelerinin birbirlerine göre avantaj ve dezavantajlarını

sıralayınız.

2. Endüktans elemanının özelliklerini sıralayarak devre içinde kullanımının

avantajları ve dezavantajlarını belirtiniz.

3. Alçak geçiren filtre devrelerinin uygulama alanlarını araştırınız.

4. Bant geçiren filtre devrelerinin uygulama alanlarını araştırınız.

5. Bant söndüren filtre devrelerinin uygulama alanlarını araştırınız.

6. Yüksek dereceli alçak geçiren elde etmek için daha düşük dereceli alçak

geçiren filtreler nasıl bağlanabilir?

7. Alçak geçiren filtre kullanarak bant geçiren filtre elde etmek için ne

yapılmalıdır, açıklayınız.

8. İdeal bir Opamp‟ın giriş ve çıkış dirençleri nedir?

9. Opamp kullanarak integratör ve türev alıcı yapıları tasarlayınız. Transfer

fonksiyonlarını belirtiniz.

50

DENEY NO: 7

GERĠ BESLEMELĠ KUVVETLENDĠRĠCĠLER

DENEYĠN AMACI: 1. Kuvvetlendiricinin açık ve kapalı çevrim kazancını ölçmek.

2. Kuvvetlendiricinin geri-besleme varken ve yokken bant-genişliğini ölçmek.

3.Geri-beslemenin kuvvetlendiricinin bant-genişliği üzerindeki etkisini incelemek.

DENEY MALZEMESĠ: 2 adet 2N2222 npn Silikon transistör veya eşleniği

DC güç kaynağı (15 V )

Analog işaret üreteci (100 mV t-t, 10 KHz)

Dirençler: 1-150 KΩ, 1-47 KΩ, 2-22 KΩ, 1-4.7 KΩ, 1-2.2 KΩ, 2-1 KΩ

Kondansatörler: 1- 22 µF, 1-0.47 µF (25 V‟luk)

Çift ışınlı osiloskop

7.1. ÖN BĠLGĠ: Aktif elemanlar, tam olarak belirlenmemiş veya sıcaklığa bağlı bazı parametrelerle

ifade edilen bir karakteristik gösterirler. Örneğin transistorlarda kolektörden base‟e

doğru oluşan akım kazancı, aynı eleman numarasına sahip olmasına rağmen, bir

transistörden 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,

transistor 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 birçok devrede kullanılır. İdeal bir geri beslemeli kuvvetlendirici devresi için

Şekil 7.1‟e bakınız.

ġekil 7.1

51

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 7.1‟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:

Açık çevrim kazancı Go, A kazancına sahip ideal bir kuvvetlendirici için aşağıdaki formülle bulunur:

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 ulaşan işaret bundan dolayı

azalmış olacaktır.

Çıkış gerilimi, açık çevrim değerinden daha küçük olacaktır. Çıkış gerilimi aşağıdaki

formül kullanılarak hesaplanabilir:

Kapalı çevrim kazancı ise aşağıdaki gibi hesaplanır.

Negatif geri beslemede, kapalı çevrim kazancı G her zaman açık çevrim kazancı

Go‟dan daha küçüktür. Açık çevrimde em 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 em işareti aşağıdaki gibi

hesaplanır:

Çıkış gerilimi yine A cinsinden yazılır. Eğer kazanç artarsa, çıkış gerilimi de artacaktır.

Ancak eout arttıkça em azalmaktadır.

7.1.1 Bant GeniĢliğinin Artması

Geri besleme, açık çevrim kuvvetlendiricisine göre geri beslemeli kuvvetlendiricinin

bant genişliğini artırmaktadır. Şekil 7.1‟deki negatif geri beslemeli kuvvetlendiricide,

ideal kuvvetlendiricinin W' bant genişliğine sahip olduğunu var sayalım.

52

Am orta bant gerilim kazancıdır.

Öyleyse kazanç-bant genişliği çarpımı, Am W' ye eşit olacaktır.

Kapalı çevrim için 1 nolu eşitlikte, 2 nolu eşitliği yerine koyarsak; sonuçta G‟yi frekansa

bağımlı olarak buluruz.

Ara işlemlerden sonra;

Elde edilir.

Geri besleme varken bant genişliği, açık çevrime göre W'(1+AmF) 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 7.2 „de açık ve kapalı çevrim frekans cevapları gösterilmiştir.

ġekil 7.2

7.2. Deneyin YapılıĢı

1. Şekil 7.3‟deki devreyi kurunuz.

53

ġekil 7.3

2. S anahtarı açıkken çıkış gerilimini ölçüp, kuvvetlendiricinin açık-çevrim

kazancını hesaplayınız.

3. S anahtarını kapatınız. Çıkış gerilimini ölçüp, kuvvetlendiricinin kapalı-çevrim

kazancını hesaplayınız.

4. 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

KΩve RF = 22 KΩ için ayrı ayrı gerçekleştirip, değerleri Tablo1 „e kaydediniz.

7.3. RAPOR SORULARI

1. Kuvvetlendiricinin küçük işaret modelini çiziniz.

2. Açık-çevrim gerilim kazancını hesaplayınız ve deney sonuçları ile

karşılaştırınız.

3. Kapalı-çevrim gerilim kazancını hesaplayınız ve deney sonuçları ile

karşılaştırınız.

4. Geri besleme varken ve yokken, kuvvetlendiricinin bant genişliğinin nasıl

değiştiğini yorumlayınız.

5. Sıcaklık değişimine karşılık, her iki durumda (açık ve kapalı çevrimde)

kazancın değişimini yorumlayınız.

54

55

DENEY 8 : GÜÇ KUVVETLENDĠRĠCĠLERĠ

Amaç : A, B, AB sınıfı kuvvetlendiricilerin incelenmesi ve gerçeklenmesi.

Malzeme Listesi :

Transistör : 1xBC237, 1xBD135, 1xBD136

Diyot : 2x1N4001

Direnç : 2x110kΩ, 2x10kΩ, 2x1,5kΩ, 1x24Ω, 4x120Ω (1/2watt), 2x1,2kΩ, 1x2,2kΩ

Kondansatör : 2x1μf, 1x4.7μf

8.1. Genel Bilgiler

Kuvvetlendiriciler, kuvvetlendirdikleri elektriksel büyüklüğün boyutuna göre

gruplanır. Buna göre gerilim, akım ve güç kuvvetlendiricisi olmak üzere üç

grup kuvvetlendirici vardır. Güç kuvvetlendiricilerinde yüke aktarılan güç

önemlidir. Devrede oluşan kayıplar nedeni ile kaynaktan çekilen gücün

tamamı yüke aktarılamaz. Yüke aktarılan güç PY ve kaynaktan çekilen güç

PDC ile gösterilsin. Yüke aktarılan gücün, kaynaktan çekilen güce oranına

verim denir ve η ile gösterilir.

Devrede harcanan güç nedeni ile verim %100‟den küçüktür.Güç

kuvvetlendiricileri girişteki sinüzoidal işarete karşılık transistör üzerinden akan

akımın akış açısına bağlı olarak sınıflara ayrılır.

8.1.1. A Sınıfı Güç Kuvvetlendiricisi

Şekil-8.1 A sınıfı temel güç kuvvetlendiricisi

A sınıfı çalışmada giriş işaretinin iki yarı periyodu da kuvvetlendirilerek yüke

aktarılır (Şekil 8.2).

56

Şekil-8.2 Q çalışma noktası ve statik ve dinamik yük doğruları

Şekil 8.1‟deki devreyi incelersek:

Yüke aktarılan işaretin maksimum genlikli olabilmesi için çalışma noktasında

VCE= VCC/2 seçilmelidir. Bu durumda çalışma noktasında kollektör akımı

IC=VCC/2RL olur.

57

8.1.2. B Sınıfı Güç Kuvvetlendiricisi

Temel bir B sınıfı güç kuvvetlendiricisi Şekil 8.3‟te verilmiştir. B sınıfı çalışmada

çıkış akımının akış açısı θ =180O dir. Buna göre girişe alternatif bir işaret

uygulandığında işaretin bir yarı periyodu kuvvetlendirilerek yüke güç

aktarılmaktadır (Şekil 8.4). Vi = 0 iken akım akmaz. Bu nedenle verim A sınıfına

göre daha yüksektir.

Şekil-8.3 Temel B sınıfı güç kuvvetlendiricisi

Şekil-8.4 İdeal B sınıfı kuvvetlendiricinin yük doğrusu ve alternatif çıkış

akım-gerilimleri

B sınıfı çalışmada sadece bir yarı periyot kuvvetlendirildiği için distorsiyon

yüksektir. Giriş işaretinin tümünü kuvvetlendirmek için 2 transistörlü yapı

kullanılır (Şekil 8.5).

Şekil-8.5 Push pull B sınıfı kuvvetlendirici

Şekil 8.5‟deki devreyi incelersek:

58

Vi=0 iken T1 ve T2 kesimdedir, V0=0

Vi>VBE iken T1 iletimdedir,

Vi<-VBE iken T2 iletimdedir,

−VBE < Vi < VBE arasında V0 = 0 ‟dır. Bu bozulmaya geçiş (cross-

over)distorsiyonu denir. Çıkış işaretinin maksimum değeri OM CC CESAT VOM =

VCC –VCESAT ‟dır.

8.1.3. AB Sınıfı Güç Kuvvetlendiricisi

AB sınıfı çalışmada çıkış akımının akış açısı 1800 < θ < 3600 ‟dir. B sınıfı

kuvvetlendiricide geçiş distorsiyonu oluştuğu için bu bozulmayı önleyecek

şekilde devreye 2 diyot eklenir. Böylece Vi = 0 iken de devreden akım akar. B

sınıfı çalışmaya göre distorsiyon daha azdır. Verim ise B sınıfına göre daha

düşüktür.

8.2. Deney Öncesi Yapılacaklar

1.Deneyde kuracağınız bütün devrelerin verimini SPICE yardımıyla

hesaplayınız.

2. Föyün sonundaki sorulara göz atınız.

59

8.3. Deneyde Yapılacaklar

1. Şekil 8.6‟daki A sınıfı kuvvetlendirici devresini kurunuz ve çalıştırınız. Bu

devreyi çalıştırırken devrenin girişine f=1kHz‟lik 10mV genlikli bir gerilim

uygulayınız. Giriş ve çıkış işaretlerini Şekil 8.9 üzerine çiziniz.

2. Devrenin kazancını ve çıkışta bozulma olmadan girişe uygulayabileceğiniz

maksimum giriş işareti genliğini tespit ediniz ve sonuç sayfasındaki tabloya

yazınız.

3. Kırpılmasız maksimum çıkış genliğindeki çıkış akımını hesaplayınız ve sonuç

sayfasındaki tabloya yazınız.

4. Devrenin verimini ölçülen değerlerden hesaplayınız ve sonuç sayfasındaki

tabloya yazınız.

5. Şekil 8.7‟deki eşlenik transistörlü Push-Pull B sınıfı kuvvetlendiriciyi çalıştırınız.

Devre girişine f = 1kHz‟lik 1V genlikli bir gerilim uygulayınız.

6. Giriş ve çıkış işaretlerini Şekil 10 üzerine çiziniz.

7. Maksimum çıkış gerilimi değeri için devrenin verimini ölçülen değerlerden

yararlanarak hesaplayınız ve tabloya yazınız.

8. Geçiş distorsiyonu düzeltilmiş AB sınıfı Push-Pull kuvvetlendirici DC kutuplama

devresi ile birlikte gerçeklenecektir. (Şekil 8.8) Giriş ve çıkış işaretlerini Şekil 11

üzerine çiziniz.

9. Devrenin verimini ölçülen değerlerden hesaplayınız ve tabloyu doldurunuz.

3.4. Deney Sonu Soruları

1. Güç kuvvetlendirici devreleri temelde ne işe yarar ve nerelerde kullanılır?

2. Güç kuvvetlendiricilerin sınıflandırılması neye göre yapılır ve kaç çeşit güç

kuvvetlendiricisi vardır?

3. Bir güç kuvvetlendiricisinin verimini tanımlayınız.

4. Maksimum akım sınırı 500mA; maksimum dayanma gerilimi 40V;

VCESAT=0.5V ve β=100 değerleri ile verilen bir transistör kullanarak 100Ω yük

direncine 0.5W güç sağlayan bir A sınıfı güç kuvvetlendiricisi tasarlayınız.

5. Şekil 8.5 deki gibi B sınıfı bir güç kuvvetlendiricisi verilmektedir. Devrenin yük

direnci 100Ω ve besleme gerilimleri ±15V dur. Transistörlerin VCESAT değerleri

0.5V olduğuna göre yüke aktarılabilecek maksimum gücü hesaplayınız.

(VBE=0; β çok büyük ve çıkış gerilimi tam sinüzoidal varsayınız).

60

Şekil-8.6 A Sınıfı Kuvvetlendirici Deney Devresi

Şekil-8.7 B Sınıfı Kuvvetlendirici Deney Devresi

Şekil 8.8 AB Sınıfı Kuvvetlendirici Deney Devresi

61

8.5. DENEY 8 Sonuç Sayfasi

Şekil 8.9 A sınıfı kuvvetlendiricinin giriş ve çıkış işaretleri

Şekil 8.10 Eşlenik transistörlü Push-Pull B sınıfı kuvvetlendiricinin giriş ve çıkış

işaretleri

Şekil 8.11 Geçiş distorsiyonu düzeltilmiş AB sınıfı Push-Pull kuvvetlendirici devresi

giriş ve çıkış işaretleri

Tablo 8.1 Güç Kuvvetlendiricileri Arasındaki KarĢılaĢtırma

62

EK-1: ÖNEMLĠ KATALOGLAR

1. BC237/238/239

63

2. LM 324

64

3. BD 135

65

4. BD 136

66

5. BC 108

67

6. 2N2222

Geri kalan katalogları (datasheet) internet üzerinden indirebilirsiniz. Bu

katalogları laboratuarlara getirmenizi öneririz.

68

TAVSĠYE EDĠLEN KAYNAKLAR

Fundamentals of Microelectronics, Wiley,Ravazi,2006

Sedra & Smith, Microelectronic Circuits, Sounders College Publishers

Electronic devices and circuit theory Boylestad and Nashelsky

M. Sait Türköz, "Elektronik Devreleri I", 5. Baskı, Birsen Yayınları, 2000.

M. Sait Türköz, "Temel Elektronik", 2. Baskı, Birsen Yayınları, 1998

Duran Leblebici, "Elektronik Elemanları", Seç Yayın Dağıtım, 2002.

Thomas Floyd, "Electronic Devices (Conventional Flow Version)", 6th ed., Prentice

Hall, 2002.

69

Deney No:

Deney Adı:

Deneyi yapan öğrencinin

Adı Soyadı:

Numarası:

Ġmzası:

70

LABORATUAR MALZEME LĠSTESĠ

MALZEME ADI ADEDĠ

BC108, BC237, BC238 2

4007 Mosfet 2

1k direnç 5

120k direnç 3

87k direnç 2

9.1k direnç 2

3.3k direnç 2

8.2k direnç 2

180k direnç 2

27k direnç 2

270k direnç 2

3.9k direnç 2

5.6k direnç 2

33k direnç 2

68k direnç 2

22k direnç 2

12k direnç 2

11k direnç 2

15k direnç 2

7.5k direnç 2

10k direnç 3

100 Ω direnç 3

1k, 10k ve 100k potansiyometre Birer adet

10 μF kapasitör 3

1nF kapasitör 3

0.1µF kapasitör 3

100nF kapasitör 3

10nF kapasitör 3

4.7nF kapasitör 3

1μF kapasitör 3

LM741 OPAMP 3

Multimetre İsteğe Bağlı

Krokodil uçlu bağlantı kablosu 2

Blackboard 1