Analog Elektronik Dersleri 2 Bolum X 1 5

7/28/2019 Analog Elektronik Dersleri 2 Bolum X 1 5

1/125

ANALOG ELEKTRONK - II Kaplan


2/125

2


l emsel Yksel t el er

Konular:1.1 lemsel (operasyonel) ykseltecin (opamp) tantlmas1.2 Farksal (differential) Ykselte1.3 Opamp Karakteristikleri

Amalar:Bu blm bitirdiinizde aada belirtilen konular hakknda ayrntl bilgiye sahip olacaksnz.

Operasyonel ykseltecin tantm ve sembol,

deal opamp zellikleri

Pratik opamp zellikleri ve 741 tipi tmdevre opampn tantlmas ve terminal balantlar

Opampn temel yaps ve blok olarak gsterimi

Transistrl Farksal Ykseltecin Yaps, zellikleri ve alma Karakteristikleri

Opamp Karakteristikleri

BLM 1


3/125

3


1.1 OPAMPIN TANITILMASI

Operasyonel (ilemsel) ykselteler, ksaca opamp olarak bilinir ve bu adlatanmlanrlar. Elektronik endstrisinde retilen ilk tmdevre (ntegrated circuits=ICs) biropamptr. 1963 ylnda Fairchild firmas tarafndan A702 kodu ile retilip tketime

sunulmutur. Sonraki yllarda bir ok firma tarafndan farkl tip ve kodlarda opamplarretilip kullanma sunulmutur.Opamplar; geni frekans snrlarnda sinyal ykseltmek amacyla tasarlanm, direktelemeli ve yksek kazanl gerilim ykselteleridir. Gnmzde; proses kontrol,haberleme, bilgisayar, g ve iaret kaynaklar, gsterge dzenleri, test ve l sistemleriv.b gibi bir ok alanda kullanlmaktadr.

Bu Blmde;

Opamp Semboln Genel amal opamp tmdevrelerinin tantmn Opampn giri ve k terminallerini deal ve pratik bir opampn zelliklerini

Ayr

nt

l

olarak izleyeceiz.


4/125

4


Opamp Sembol ve Terminalleri

Standart bir opamp; iki adet giri terminali, bir adet k terminaline sahiptir. Opamp giriterminalleri ilevlerinden tr, eviren (giri) ve evirmeyen (+giri) olarak adlandrlmtr.Kimi kaynaklarda opamp giri terminalleri; ters eviren (inverting) ve ters evirmeyen(noninverting) giri olarak da adlandrlmaktadr. Standart opamp sembol ekil-1.1.adaverilmitir. ekil-1.bde ise standart bir opamp sembol besleme kaynaklar ile birlikteverilmitir.

Eviren Giri

Evirmeyen Giri

k

+V

-V

a) Opamp Sembol b) Opamp Sembol ve besleme balantla

ekil-1.1 Operasyonel Ykseltecin (opamp) Sembol

Opamp tek bir tmdevre halinde kullancnn tketimine sunulmaktadr. Gnmzde pekok tmdevre reticisi farkl tip ve zelliklere sahip opamp retimi gerekletirmektedir.ekil-1.2de baz opamplarn tipik klf grntleri verilmitir.

ekil-1.2 Baz opamplarn tipik grnmleri

Elektronik piyasasnda ok eitli amalar iin retilmi binlerce tip opamp vardr. reticifirmalar rettikleri her bir opamp tipi iin eleman tantan bir kod kullanrlar. Tmdevrelergenellikle bu kodlarla anlrlar. ekil-1.3de genelde pek ok reticinin uyduu kodlamasistemi iki ayr tmdevre zerinde kodlamada uygulanan kurallar ile birlikte gsterilmitir.Kodlama genellikle 3 gruba ayrlarak yaplr.

8 7 6 5

1 2 3 4

LM741CP3601

8 7 6 5

1 2 3 4

MC358MI1702

LM 741C P

1. Grup

2. Grup

3. Grup

ekil-1.3 Tmdevrelerde kodlama sistemi

Baz reticiler farkl kodlama sistemleri kullanabilmektedir. Bu durumda retici firmannkataloglarna baklmaldr. Pek ok retici firmann uyduu kodlama sisteminin genelzellikleri tablo-1.1de ayrntl olarak verilmitir.


5/125

5


Tmdevrelerde Kodlama rnekleri

zellikler rnekler

1. Grupki veya harften meydanagelen bir ksaltma kullanlr. Bugrup, retici firmay belirler.

LM: National, NE:Fairchild,MC:Motorola; SE: Signetics, SN: Texas Ins.AD: Analog Dv. CD: Haris v.b gibi

2. Grup3den 7ye kadar eitli rakam veharflerden oluabilir. Son harftmdevrenin kullanm alann vealma scakln belirler.

C: Ticari, alma aral: 00C - 700CI: Endstri, alma aral: -250C - 850CM: Askeri, alma aral: -250C - 1250C

3. GrupSon grup 1 veya 2 harftenmeydana gelir. Paket tipini veklf materyalini gsterir.

C: Seramik klfP: Plastik klfD, J:Cift sral soket (DIP)

Tablo-1.1 Tmdevrelerde kodlama sistemi

Opamplar, pek ok uygulamada sklkla kullanlmaktadr. Bu nedenle genel ve zel amalkullanm iin retilen binlerce farkl tip ve zellie sahip opamp vardr. Elektronikendstrisinde retilen ilk opamp A741 kodludur ve 1968 ylnda retilmitir.

Opamp zellikleri:

Opamplar, elektronik devre tasarmnn temel yap talarndandr. Gnmzde hemen hertrl devre ve cihaz tasarmnda sklkla kullanlmaktadr. Opamp bu denli ilevsel klan

ise zellikleridir. deal bir opampta olmas gereken zellikler ekil-1.5de opamp sembolzerinde ayrntl olarak gsterilmilerdir.

Pratikte ise yukarda belirtilen ideal opamp zelliklerine ulamak mmkn deildir. retimtekniklerinin ve kullanlan malzemelerin oluturduklar bir takm kstlamalar vardr.Gnmzde ideal zelliklere yaklaan pek ok tip opamp gelitirilmitir. Tablo-1.2de idealopamp ile genel amal bir opampn (LM741) zellikleri karlatrmal olarak verilmitir.

-V

+V

=Rin

=Rin

AIin 0=

AIin 0== 0Ro

Vo

ekil-1.5deal opamp zellikleri

zellik deal Opamp Gerek Opamp (LM741)

Giri Direnci; Ri (Input Impedance) Sonsuz Yksek (1M)

kDirenci; Ro (Output Impedance) Sfr Dk (


6/125

6


Ak evrim Bant Genilii; BW Sonsuz Etkin Kutup (10-100Hz)

Ortak Mod Zayflatma Oran; CMRR Sonsuz Yksek (70dB)

Giri Kutuplama akmlar (Input Bias Current) Sfr Dk (


7/125

7


+12V

-12V

V0IL

6

7

4

2

3

ekil-1.6 741 tipi bir opampn giri ve k terminalleri

Operasyonel ykselteler alabilemek iin her zaman bir besleme gerilimine gereksinimduyarlar. Besleme gerilimi uygulanan bir opamp, giri ularna uygulanan gerilime veilevine bal olarak k gerilimi retir. Bir opampn kndan alnabilecek maksimum

k gerilimi, besleme geriliminden birka volt daha kktr. Bu durum opampn iyapsndan ve enerji tketiminden kaynaklanr. Opamp knda elde edilen iaretinmaksimum deerlerine doyum (saturation) gerilimi denir. VSAT olarak ifade edilir. rneinbesleme gerilimi 12V olan bir opampta doyum gerilimleri negatif iaretler iin 2V, pozitifiaretler iin ise 1V daha azdr. Yani opamp kndan pozitif deerler iin maksimum +11V,negatif deerler iin ise maksimum -10V civarnda bir gerilim alnabilir. retici firmalar, budeerleri kataloglarnda belirtirler.

Giri Terminalleri

Opamplar iki adet giri terminaline sahiptir. Bu terminaller ilevlerinden tr eviren veevirmeyen giri olarak adlandrlr. Opamp kndan alnan iaretin polaritesi eviren veevirmeyen giriler arasndaki gerilimin farkna baldr. Opampn girilerindeki gerilim

farkna fark gerilimi denir ve Vd ile tanmlanr. Opamp; hem ac, hem de dc iaretlerikuvvetlendirmede kullanlan bir devre elamandr. Bu zellii dikkate alnarak opampgiriindeki gerilim fark;

12 VVVV d ==

olarak tanmlanr. Bu durumda opampn k gerilimi V0;

dVdOL VAVAV ==0

olur. Formlde kullanlan Vd, opamp giriine uygulanan iaretlerin farkdr. AOL ise,opampn ak evrim gerilim kazancdr. Opamp devresinde geribesleme kullanlmyorsa,yani opampn k terminali herhangi bir ekilde giri terminaline balanmamsa opampak evrim altnda alyordur. Bir opampn ak evrim gerilim kazanc teorik olarak

sonsuzdur. Pratikte ise olduka yksek bir deerdir.Bu durumda opampn eviren (V1) ve evirmeyen (V2) girilerine uygulanan iaretler;

V2>V1 ise fark gerilimi Vd pozitif olacak, opamp k +VSAT deerini alacaktr.V2


8/125

8


4

+V

-V

V1=V_

V2=V+

V=VdV0=AOL.VdV

0=+VOSAT

+

V2>V1 ise Vd=+ V O=+VSATdir

4

+V

-V

V1=V_

V2=V+

V=VdV0=AOL.VdV0=+VOSAT

+

V2


9/125

9


Opamp oluturan bu katlar sra ile inceleyelim. lk giri blounu oluturan diferansiyel

ykselteci bir sonraki blmde ayrntl olarak inceleyeceiz. kinci blok kazan katdr. Bukat bir veya birka ykselte devresinden oluturulmutur. levi, farksal ykseltekndan alnan iaretlerin empedans uygunluunu salayp genliini ykselterek yksekdeerli kazanlar elde etmektir.

Buffer ve seviye kaydrc katn biraz aalm; Opamp retiminde kondansatr kullanlma-dndan katlar birbirlerine direkt kuplajl olarak balanrlar. Bundan dolay almanoktasnn seviyesi katlar ilerledike artar veya azalr. Bu artma ve azalma besleme gerilim-lerine kadar devam eder. Bunun dnda opampn girilerinde iaret yok iken, kn sfrolmas iin de seviyenin ayarlanmas gereklidir. Seviye kaydrc iin giri direnci byk,k direnci kk olan bir emiter izleyici devre kullanlr. Bu devre buffer olarak da bilinir.

Operasyonel ykseltecin k direncinin kk olmas istenir. Bunun nedeni ktan yeteri

kadar ve kolayl

kla ak

m ekilebilmesidir. Bu zellii salamak iin

k

kat

nda, elenikemiter izleyici bir devre kullanlr. Bu devre B snf pupul g ykselteci olarak bilinir. Budevre sayesinde opampn k direnci ok kk olur. Opamp kndan alnan iaretlerindistorsiyonsuz olmas iin k katnda ayrc bir takm dzenlemeler yaplr.

1.2 FARKSAL (DFERANSYEL) YKSELTE

Farksal ykselte, opamp tasarmnda kullanlan ilk bloktur. Opamp tasarmnda bir veya

birka adet fark ykselteci kullan

l

r.Fark ykselteci, opampn temel zelliklerini ve ilevlerini gerekletiren devredir. Bublmde; farksal ykseltecin zellikleri ve karakteristiklerini inceleyeceiz. deal oluumiin gerekli artlar analiz edeceiz.

En basit bir farksal ykselte (Diferansiyel ykselte=differantial amplifier) devresi ekil-1.7'de blok olarak gsterilmitir. Bu ykselte; iki ayr giri terminali ve bir adet de kterminaline sahiptir. Farksal ykseltecin, temel ilevlerinden birisi girilerine uygulanan ikiayr sinyalin farkn almas ve ykseltmesidir. Fark ykselteleri, DC gerilimden bir kaMHz'e kadar olan iaretleri kuvvetlendirirler.

Vo

V1

V2

ekil-1.7 Farksal Ykseltecin Blok Olarak Gsterilii.

ekil-1.7 de grlen farksal ykseltecin giri sinyalleri; V1 ve V2 dir. k sinyali ise topraagre llen V0 k gerilimidir. deal bir diferansiyel ykseltecin k sinyali;

)( 210 VVAV D =


10/125

10


olur. Bu formlde, AD=Farksal (Diferansiyel) ykseltme miktardr. Bylece giriten

uygulanan iki sinyal birden ykseltilmez. Sadece iki sinyalin fark ykseltilir. Gerek(pratik) bir fark ykseltecinde ise yukardaki forml elde edilemez. Pratikde k gerilimiV0; iki sinyalin farkna (VD) ve ortak mod sinyaline (VC) bamldr. Bu deerler aadakigibi formle edilirler;

21 VVVD =

)(2

121 VVVC =

Formlde ki VC deeri ortak mod sinyalidir. Ortak Mod sinyali VC, farksal ykselteci idealdurumdan uzaklatrr. yi dzenlenmi bir farksal ykseltete ortak mod sinyalinin yokedilmesi gerekir. Ortak mod sinyalinin nasl yok edilecei aada ayrntlar ileanlatlmtr.

Ortak Mod'un Yok Edilmesi

deal bir diferansiyel ykseltecin k sinyalini aadaki gibi yazabiliriz;

)()( 22110 VAVAV +=

Burada A1 ve A2 giri sinyaline baml olarak, kta aseye gre oluan amplifikasyondeeridir. Yukardaki VD ve VC eitliinden yararlanarak V1 ve V2 deerlerini yenidenyazalm.

DCDC VVVVVV 2

1

2

121 =+=

bu deerleri yukardaki V0 eitliinde yerine koyarsak;

)21

()21

( 210 DCDC VVAVVAV ++=

Bu ifade sadeletirilirse,

2

)()( 21210

AAVAAVV DC

++=

deeri elde edilir. Bu ifade basitletirilerek, AD ve AC deerleri;

2

21 AAAD

=

21 AAAC +=

cinsinden yazlrsa, k gerilimi (V0);

DDCC AVAVV +=0

Deerine eit olur. Bu formlde AD, giri sinyallerinin farknn kazancdr. AC ise giriin ikiterminalindeki sinyalin ortak kazancdr (ortak mod kazanc).

Eer girite ortak mod sinyali yok ise (olmas istenmez) VC=0 dr. Bu durumda k sinyali;

DD AVV =0


11/125

11


Devredeki amplifikasyon katsays ise bu durum da;

D

DV

VA 0=

olarak llr. ki giri iin ortak mod sinyali (VC) llebilir. Bu durum da VD=0 yaplrsa,ortak mod kazancAC=V0/VC dir. Kaliteli bir diferansiyel ykseltete, diferansiyel kazan(AD) byk, Ortak mod kazanc(AC) ise kk olmaldr.

Diferansiyel ykseltecin kalitesini tayin etmek amac ile bu iki kazan arasndaki oranabaklr. Bu oran ortak mod eleme oran (Commen-mode rejetion ratio: C.M.R.R) olarakisimlendirilir. Aadaki ekilde ifade edilir.

C

D

A

ACMRR ==

C.M.R.R deeri iyi bir diferansiyel ykseltede 1000 ile 10000 arasnda bir deerdeolmaldr. deal bir differansiyel ykseltete ise sonsuzdur. Bu deer kataloglarda desibelolarak ifade edilir. C.M.R.R deerinin desibel olarak ifadesi aadadr.

C

D

A

AdBCMRR log20)( ==

Emiter Kuplajl Fark Ykselteci

Transistrl temel bir fark ykselteci ekil-1.8'de verilmitir. Devre simetrik bir yapyasahiptir. Fakat transistrlerin zellikleri ve scaklk etkisinden dolay mutlak bir simetriliksz konusu deildir. Bundan dolay difamp girilerine uygulanan VS1 ve VS2 gerilimleri eitolsa bile dengesizlikten dolay k gerilimi sfr olmayacaktr. [V0=AD(VS1-VS2)]

Bu durum ortak mod kazancndan dolaydr. Amacmz ise ideal diferansiyel ykseltezelliklerine yaklamaktr. deal bir dif-ampte Ortak mod kazanc (AC) sfrdr.

RC1 RC2

VS1

RS1 RS2

VS2RE

-VEE

+VCC

C1 C2

E1 E2

RE

Q1 Q2

+ +

V0

ekil-1.8 Emiter Kuplajl transistrl diferansiyel ykselte devresi


12/125

12


Girilere VS1 ve VS2 gerilimleri eit deerde uygulandn da fark iareti VD=0 olacandank iareti V0=AC.VC olur. Farksal ykselte, tam simetri olmadndan eer RE direnci okbyk seilirse RE zerinden geen IE akm ok kk olur. Bu durumda emiter akmlarIE1 ve IE2 yaklak sfr olur. IC2>IB2 olduundan, IC2=IE2=0 olur. Grld gibi ortak modkazancn (AC) kltmek iin RE direncini bytmek gerekir.

DC analiz:

ekil-1.8'deki farksal ykselte devresinde kullanlan devre elemanlarn simetrik kabuledersek devrenin edeerini ekil-1.9daki gibi izebiliriz.

RC1

RC2

VS1

RS1

RS2

VS2

2RE

-VEE

+VCC

C1

C2

E1

E2

Q1

Q2

+ +

2RE

-VEE

+VCC

ekil-1.9 Emiter Kuplajl Diferansiyel Ykseltecin Edeer Gsterilii

Verilen edeer devreden aadaki eitlikleri yazabiliriz.

IC1=IC2=IC, IB1=IB2=IB, IE1=IE2=IE

Devredeki ortak emiter direnci RE, her iki emiterin akmn tar ve emiter direncindengeen akmn deeri;

IRE=IE1+IE2=2IE

olur. Emiter gerilimi VE ise ;

VE=VRE-VEE=(IRE.E)-VEE

olur. ki transistrn emiter gerilimi ayn olduuna gre; VE gerilimi,

VE=(2IE)RE-VEEolur.

ekil-1.8'deki farksal ykselte devresini simetrik yapsndan ve analiz kolaylndan dolayekil-1.9'daki gibi dnebiliriz. Bu devrede bir transistrn k iin aadaki eitlikleryazlabilir.

VCC+VEE=VCE+(IC1.C)+(IE.RE)

yaklak olarak IE=IC kabul edersek yk izgisi eitlii;

VCC+VEE=VCE+IC(RC+2RE)

yazlabilir.


13/125

13


ac analiz:

ekil-1.8deki fark ykselteci devresinde k sinyali, Q1 ve Q2 transistrlerininkollektrlerinden alnmaktadr. Bu yzden devre simetriktir. AC analiz iin devredeki DCkaynaklar ksa devre edilirse diferansiyel ykseltecin edeer devresi ekil-1.10.adaki gibiolur.

RC

VS

B

RS

RC

V0/2

B

RS

2RE

a) b)

+ +

ekil-1.10.a ve b Diferansiyel Ykseltecin AC edeer devresi

Ykseltecin giri terminallerindeki sinyaller birbirine eitse;

VS1=VS2=VSdiferansiyel kazan;

VD=VS1-VS2=0

olur. Buradan k gerilimi;V0=AC.VS

olur.

Ortak mod kazanc (AC) ise aadaki gibi hesaplanr.

R

R=

RI

RI=

V

V=A

in

C

inB

CC

S

0C

Burada Rin direnci, gerilim kayna tarafndan grlen giri direncidir. Deeri;

Rin=(+1)2RE+RS+Ri

Ri direnci, transistrn giri direncidir. Ri ve RS diren deerleri, (+1)2RE deeri ilekarlatrldnda ihmal edilebilir. nk ok kktr. Buna gre ortak mod kazancaadaki gibi olur ;

R1)2+(

)R.(=A

E

CC

ekil-1.10.a'daki devrenin AC edeerini kullanarak diferansiyel kazanc hesaplayalm.Bunun iin ekil-1.10.bdeki devre gelitirilmitir.

ekil-1.10.bdeki devre diferansiyel ykseltecin AC edeeri olarak bu tanmlamalardansonra izilmitir. Bu edeer devrede RE direnci AC sinyal asndan ihmal edilmitir.Aslnda RE direncinin ihmal edilmesi, zerinden geen AC akmn yaklak sfrolmasndan trdr. nk diferansiyel ykselte iki girili olduundan dolay

transistrlerin emiterlerinden biri zerinde zt ynde akma sebep olur. Bu akmlar RE


14/125

14


zerinden her biri iin geer.

Gerekte RE direnci yalnz AC edeer devrede ihmal edilebilir. Aslnda fiziksel olarakdevrede vardr. Eer diferansiyel ykseltecin giri terminallerindeki sinyal;

22

SSC

V=V=V

ise ortak mod sinyali;

0=2

V+V=V

S2S1C

olur. Ve diferansiyel kazan aadaki gibi formle edilir.

R2

R=

R.I2

R.I=

R.I2

R.I=

V

V=A

C

nB

CB

inB

CC

S

0D

ini

Burada Rn gerilim kaynandan grlen giri direncidir.

Rin=(RS+RI)

Buradan diferansiyel kazan iin aadaki eitlik yazlabilir.

)R+R2(

)R(=A

iS

CD

Ortak Modun Atlmas Oran (C.M.R.R):

Farksal ykseltecin C.M.R.R orann hesaplamak iin yukarda bulduumuz AC ve ADamplifikasyon faktr eitliklerinden faydalanabiliriz. Bilindii gibi CMMR oran aadakiformlle aklanyordu.

D

DD

A

AA

Bu formlde AC ve AD deerleri yerletirilirse;

)2(

2)1(

2)1(

)(2

iS

E

E

C

iS

C

C

D

RR

R

R

R

RR

R

A

ACMMR

+

+=

+

+

==

deeri elde edilir. Bulunan bu ifade sadeletirilirse;

1R+R

1)R+(=C.M.M.R

S

E

ifadesi bulunur. Uygun alma noktasnn elde edilmesi iin, bu eitlikte grld gibi REdeerinin transistr tipide gz nne alnarak yksek seilmesi gerekir. C.M.R.R orannnyksek olmas transistrn kalitesini artrd biliniyordu. Fakat transistr almaartlarndan dolay RE direncini istediimiz byklkte seemeyiz.

rnein C.M.R.R orann bir ka yz civarnda olmasn isteyelim. Gerek devre iinRE=100K ohm seelim. Bu durumda her transistr iin 1 mili amperlik akm elde etmekistiyorsak RE direncinden 2mA'lik akm gemesi gerekir. Bunun iin ihtiyacmz olan VEEkaynak gerilimi;


15/125

15


VEE=IE.IE 'den

VEE=(-2.10-3

).(100.103

)VEE=200 volt

Bulunur. Bu deer ise transistrl ykselteler iin uygun bir deer deildir. Buradan usonu kyor. RE direncini fazla artramyoruz. Bu duruma are olarak RE direnci yerinesabit akm kayna kullanrsak sorunu zeriz. Ancak kullanacamz akm kaynannk direncinin yksek olmas gerekir. Bundan dolay transistrl bir sabit akm kaynakullanlr.

Sabit Akm Kaynakl Diferansiyel Ykselte

Kaliteli bir diferansiyel ykselte oluturmak iin, ekil-1.8'de grlen fark ykseltecininemiter devresine transistrl sabit bir akm kayna eklenmitir. ekil-1.11'de grlen bu

devre dikkatle incelenirse ilave edilen transistr ortak beyz balantldr. Bilindii gibi bubalantda kollektr devresinin k direnci olduka yksektir. (Bir ka K civarnda) Budiren ykselte transistrlerinin iki emiterinin de ortak direncidir. Bylece ykselte okyksek ortak mod eleme oran (CMRR) salayarak, ideal bir farksal ykselte halini alr.

Devrenin analizine gelince; Q1 ve Q2 transistrlerinin alma noktasn IE akm tayin eder.Bu akm ile transistrlerin alma noktas sabitlenir. R1 ve R2 direnleri gerilim blcolarak kullanlmtr. Bu durumda R2 direnci zerinde den gerilimi yazacak olursak;

R+R

R|V|=V

21

2EER2

RC1 RC2

VS1

RS1 RS2

VS2

R3

-VEE

IC1 C2

Q1 Q2

+ +

V01 V02

R2

Q3

R1

Ib2Ib1

+VCC

ekil-1.11 Sabit akm kaynakl farksal Ykselte

Buradan R3 zerine den gerilim;

VR3=VR2-VBE

VBE, VR2 ile karlatrldnda kk olduundan ihmal edilebilir. Bu durumda;

VR3=VR2


16/125

16


olur. Bylece R3 ten geen akm;

|V|)R+R(R

R=R+R

R|V|R1=

R2V=

RV=I EE

213

2

21

2EE

33

RR

333

IE akmnn deeri ise;

IE= I3=I3

transistr parametrelerinin scaklkla kk bir miktar deimesi dnda IE akm sabittir.

EEE VRRR

R=I

+ )( 2132

Temel diferansiyel ykselteci olutururken devre elemanlarn simetrik kabul ettik ve idealdevre elemanlarndan oluturulduklarn varsaydk. Pratik uygulamalarda ise ideal bir

eleman bulmak mmkn deildir. Her elemann belli tolerans deerleri vardr.deale yaklamak amacyla ekil-1.12deki farksal ykselte devresi dzenlenmitir. Budevrede, her iki transistrn ortak olan emiter ularna bir ayarl diren balanmtr. Budiren ayarlanarak iki transistrn emiterinden eit akm akmas salanr. Bylece devredemaksimum simetrilik salanm olur.

RC1

RC2

VS1

RS1 RS2

VS2

R3

-VEE

IC1

C2

Q1 Q2

+ +

V01

V02

R2

Q3

R1

Ib2

Ib1

+VCC

P

ekil-1.12 Ayarl Sabit akm kaynakl Farksal Ykselte


17/125

17


1.3 OPAMP KARAKTERSTKLER

Bu blmde opampn baz nemli karakteristiklerini ayrntl olarak inceleyeceiz.nceleme sonucunda opampla yaplan tasarmlarda dikkat etmemiz gereken parametreleritanyp, gerekli nlemleri alacaz.

Opamlarla yaplan tasarmlarda, tasarmn zelliine gre dikkate alnmas gerekenparametreler bu blmde ayrntl olarak incelenecektir.

Operasyonel ykselteler, DC ve AC iaretleri veya her ikisini birden kuvvetlendirmekamac ile kullanlrlar. zellikle DC iaretlerin kuvvetlendirilmesinde opamp hatal sonularverebilir. Opampn k iareti; giri iareti ile kapal evrim kazancnn (ACL) arpmnaeittir. Opamp'n i elemanlarnda ki (diren, transistr) eitsizlikten dolay k iareti bazenhatal olabilir. Bu hata fazla deilse ihmal edebilir, aksi halde bu hatay kltmeye alrz.DC iaretlerin kuvvetlendirilmesinde hata oluturan, hata karakteristikleri aadabelirtilmitir.

Giri dengesizlik gerilimi (nput offset voltage) Giri kutuplama akm (input bias current) Giri dengesizlik akm (input offset current) Kayma (drift)

AC iaretlerde yukarda belirtilen hatalar kapasitif kuplajdan dolay yok olacaktr. ACiaretler de oluabilen hatalar ise aada belirtmitir.

Frekans cevab (Frequency Response) Eim oran (Slew Rate)

Giri Dengesizlik Gerilimi

deal bir opampn giri ular topraklandnda k gerilimi Vo=0V olmaldr. Pratikte iseopamp kndan 0V yerine, deeri bir ka mikrovolt ile milivolt mertebesinde deienhata gerilimleri alnabilir. Bu durum opampta kullanlan transistrlerin dengesizliindendolaydr. Kimi uygulamalarda bu deer gz ard edilebilir. Fakat hassas uygulamalardabu durum gz nne alnmal ve k gerilimi 0V mertebesine ekilmelidir. k gerilimini0V mertebesine indirebilmek iin eitli yntemler vardr. retici firmalar kataloglarndagiri dengesizlik gerilimini yok edip k 0Va indirmek iin gereken yntemler verirler.

Opampta oluan gerilim dengesizliinin nasl sfrlanaca baz opamp tipleri iin ekil-1.13de verilmitir. Verilen yntemler denenmi en uygun yntemlerdir. rnek olarakverilen opamp devrelerinde k hata gerilimi bir ayarl diren vastas ile sfrlanmaktadr.

Giri dengesizlik gerilimi (input ofset voltage) nedeni ile opamp knda oluabilecek hatagerilimlerinin nasl sfrlanaca her bir opamp tipi iin retici kataloglar incelenerekgerekli sistemler kurulabilir.


18/125

18


1

5

6

7

4

2

3

+V

-V

-V10K

1

5

6

7

4

2

3

+V

-V

1-5M

5.1M

ekil-1.13 Opampta k hata geriliminin sfrlanmas

Giri dengesizlik geriliminin k gerilimine etkisi, opampn ak evrim gerilim kazancnave dengesizlik geriliminin deerine baldr. Dengesizlik geriliminin genlii ve polaritesi,opamptan opampa farkllk gsterebilir. Giri dengesizlik gerilimi, ak evrim kazanc

ok byk olan baz opamplarda k iaretini pozitif veya negatif kesim noktasnaulatrabilir. (+VSAT, -VSAT).

Giri Kutuplama Akm

Opamp iinde kullanlan transisitrlerin polarmalar (kutuplamalar) beyz akmlar vebeyz-kollektr gerilimleri dengeli ekilde yaplmaldr. Bu durumda opamp girilerindendengeli ve ok kk bir kutuplama akm akar. deal durumda bu akmn hi akmaddnlmektedir. Opamp giriinde oluan ve giri kutuplama akm (nput Bias Current)olarak adlandrlan bu akm ekil-1.14 zerinde gsterilmitir.

B-

V0

B++IB-

Q1 Q2

B+

a) Basitletirilmi opamp giri devresi

B-

B+

a) Edeer devre

ekil-1.14 Opampta giri kutuplama akmlar (IB)

IB+ ve IB- olarak tanmlanan bu akmlar. Birbirine eit olmayabilir. Bu iki akmn mutlakdeerlerinin toplamlarnn yarsna giri kutuplama akm denir ve deeri aadaki gibiformle edilir.

2+ += BBB

III

IB akmnn deeri FET kullanlan opamplarda 1pAden kk, transistrl opamplarda ise1pA ile 1mA arasndadr. Giri kutuplama akmlar kimi durumlarda opamp kngerilimini etkiler ve hatalar deerler alnmasna sebep olabilir. deal durumda opamplardagiri gerilimi Vi=0V olduunda k gerilimi Vo=0V olmaldr. Pek ok uygulamadakutuplama akmlar ihmal edilebilir.


19/125

19


Giri Dengesizlik Akm:

Opampn k gerilimi Vo=0V yapldnda veya olduunda, IB+ ve IB- akmlarnn mutlakdeerlerinin farkna giri dengesizlik akm (Input Ofset current) denir ve IOS olaraktanmlanr.

+ = BBOS III

reticiler; rettikleri her bir farkl opamp tipi iin bu deeri kataloglarnda verirler. reticikataloglarnda verilen IOS deeri; genellikle opamp k gerilimi Vo=0V iken 250C odascakl altndadr.

Giri dengesizlik akmnn sfr veya IB+=IB- durumuna ok ender rastlanr. Bunedenle pek ok uygulamada giri dengesizlik akmn dikkate alnmas gerekir. Giridengesizlik akmnn etkisini yok etmek iin alnan nlemler ileride ilenecek uygulamablmlerinde belirtilecektir.

Kayma (Drift-Srklenme):

Giri dengesizlik akm veya geriliminin scaklkla deimesine kayma denir. Dengesizlikakmndaki kayma nA/0C, dengesizlik gerilimindeki kayma ise V/0C eklinde tanmlanrve aadaki gibi formle edilirler.

CnAT

IkaymaI O

O

0/,

=

CV

T

VkaymaV O

O

0/,

=

olduka kk deerli olan bu kaymalarn miktar ve yn scakla gre deiebilir. Busebeple reticiler kataloglarnda kayma iin ortalama ve maksimum deerlerivermektedirler. Opampta kullanlan devre elemanlarnn karakteristiklerini zamanladeitirmeleri de dengesizlik akm ve geriliminin deimesine neden olmaktadr. Ayrcaopampta kullanlan besleme gerilimi scaklkla deitii gibi devre elemanlarnndeerlerinin zamanla deimesinden de etkilenmektedir.

Deiim Hz (Slew Rate-SR):

Opamp giriine uygulanan bir iaretdeki deiim, bir sre sonra opamp knda dadeiime neden olacaktr. Bu deiimin hz olduka nemlidir ve deiim hz (SlewRate=SR) olarak adlandrlr. Deiim hz, opamp knn ne derece hzl deitiini ifadeeden parametredir.

deal bir opampta deiim hz (SR) sonsuzdur. Pratikte ise bu mmkn deildir. rnein741 tipi genel amal bir opampn deiim hz 0.5V/sdir. Bu durumda k iareti 1saniyede 0.5Vluk bir deiim gstermektedir. Deiim hz ykseltecin kazancna,kompanzasyon kapasitesine ve k geriliminin pozitif veya negatif gidiine baldr.

Deiim hz birim kazan iin verilir. nk deiim hz en kk deere birim kazantaular. Opampta oluabilecek istenmeyen baz osilasyonlar nlemek iin opamp iindeveya dnda bir frekans kompanzasyonu kondansatr kullanlr. Bu kondansatrdengeebilecek maksimum akm (I), devre elemanlar tarafndan snrlandrlmtr. Maksimumakm (Imax) miktarnn C kondansatr deerine oran,


20/125

20


opamp iin deiim hzn belirler ve aadaki gibi formle edilir.

C

ISR max=

Bu durumda deiim hz (SR) ksaca;

max

0

max

0

t

V

dt

dVSR

olarak formle edilebilir. Yukarda verilen eitlikler aslnda birbirinden farkl deildir.nk bir kondansatrden belli bir t zamannda I akm geerken zerinde birikecek Qyk ve ularnda oluacak V gerilimi ilikisini hatrlayalm.

Q=I.t SR=C.V Ct

V 1=

retici firmalar ounlukla tam gteki opamp band geniliini kataloglarnda verirler. Budeer verilen bir SR deeri ile k geriliminin tepe deeri (VP) arasndaki ilikidir.Aadaki ekilde formle edilir.

pV

SR=f

2max

Bu forml kullanlarak opamp knda bozulmaya neden olmadan kuvvetlendirilebilecekgiri iaretinin maksimum frekans bulunabilir.

rnek:1.2

zm

741 tipi genel amal bir opampta Deiim hz SR=0.5V/sdir. Bu deere gre;a) VoSAT=12Vluk k iin tam gteki band geniliini

b) Vo=9Vluk k iin giri iaretinin maksimum frekansn bulunuz.

a) KHzVV

sV=

V

SR=f

p

634.61228.6

105.0

)12(28.6

)/(5.0

2

6

max =

=

b) KHzVV

sV=

V

SR=f

p

846.8928.6

105.0

)9(28.6

)/(5.0

2

6

max =

=

Grld gibi opamp k geriliminin genlii azaldka, giri iaretinin frekans limitiartmaktadr. reticiler her hangi bir opamp iin deiim hzn birim kazanta verirler.

nk opamplarda deiim hz en kk deere birim kazanta ular.Bir opampn giriindeki iaretin deiim hz, opampn deiim hzndan daha kkolmaldr. Daha byk olduunda opamp, giriindeki iaretin deiim hzna yetiemez.Dolays ile opamp k iaretinde bozulmalar meydana gelir. Bu durumu nlemek iindaha byk deiim hzna sahip opamplar kullanlmaldr.

Opampn almasn etkileyen en nemli karakteristikler yukarda maddeler halindeverilmitir. Bununla birlikte kimi uygulamalarda nem arzeden bir ka parametre dahavardr. Bu parametreleri ve zelliklerini retici kataloglarnda inceleyebilirsiniz. Tablo-1.2de size rnek olmas amac ile genel amal bir opampn retici kataloglarndan alnankarakteristikleri verilmitir.


21/125

21


ZELLKLER

Trke Orjinal Deer

Giri Dengesizlik Gerilimi, VIO Input Offset Voltage 5mV

Giri Dengesizlik Akm, IIO Input Offset Current 20nA

Giri Kutuplama Akm, IB Input Bias Current 100nA

Ortak Mod Eleme Oran, CMMR, Commen Mode Rejection Ratio, CMRR 100dB

G KaynaklBastrma Oran; PSRR Power-Supply Rejection Ratio, PSRR 20V/V

Kayma (srklenme), IO Drift IO 0.1nA/0C

Kayma (srklenme), VO Drift VO 5V/0C

Deiim Hz, SR Slew Rate, SR 1V/s

Birim Kazan Frekans Unity-gain Frequance 1MHzTam gteki band genilii,BW Full-power, BW 50KHz

Ak evrim fark kazanc,AOL, AV Open-loop gain 100000

Ak evrim Giri Direnci,R Input impedance 1M

Ak evrim k Direnci,R0 Output impedance 100

Tablo-1.2 Tmdevre bir opampn 250Cdeki tipik parametreleri


22/125


Temel Opamp Devr el er i

Konular:2.1 Eviren ve Evirmeyen Ykselte2.2Temel Fark Alc

2.3 Gerilimzleyici2.4Trev ve Entegral Alc


Opampla gerekletirilen eviren ykselte devresinin zellikleri ve alma karakteristikleri

Eviren toplayc devresi ve zellikleri

Evirmeyen ykselte devresinin genel zellikleri ve karakteristikleri

Opampla gerekletirilen gerilim izleyici devresi ve zellikleri

Opampla gerekletirilen trev alc devrenin zellikleri ve alma karakteristikleri

Opampla gerekletirilen Entegral alc devrenin zellikleri ve alma karakteristikleri

BLM 2


23/125

23


2.1 EVREN VE EVRMEYEN YKSELTE

Opamplarn en temel uygulamalarndan biri ykselte (amplifikatr) tasarmdr.Ykselteler; girilerine uygulanan elektriksel iaretleri ykselterek (kuvvetlendirerek)klarna aktaran sistemlerdir. Kaliteli bir ykselte, kuvvetlendirme ilemi esnasndagiri ve k iaretlerinde herhangi bir bozulmaya (distorsiyona) sebep olmaz.

Bu blmde opampla gerekletirilen temel ykselte modellerini inceleyeceiz. Bunlar;

Eviren Ykselte Eviren Toplayc Evirmeyen Ykselte Evirmeyen Toplayc

Eviren Ykselte

Bilindii gibi opamplarn ak evrim kazanc ok yksektir. Bu durum kullancya herzaman avantaj salamaz. nk opampn kazan kontrol altnda deildir. Ykseltetasarmnda elemann kazanc kullanc tarafndan kontrol edilmelidir. Opamp kazancnnkontrol edilebilecei iki temel tip ykselte devresi vardr. Bunlar; eviren (inverting) veevirmeyen (noninverting) ykseltelerdir.

Opampn kazancn kontol etmede en etkili yntem geri besleme kullanmaktr. Temel bireviren ykselte devresi ekil-2.1de verilmitir. Devrede dolaan akmlar ve gerilimdmleri devre zerinde ayrntl olarak gsterilmitir.

R1

RF

RL

+V

-VI=0A

I=0AIf

IL

I1+ -VR1

VRF+ -

+

+

-

VN

VA

0V

ekil-2.1 Temel Eviren Ykselte Devresi

Eviren ykselte devresinde giri gerilimi V1, R1 direnci ile opampn negatif terminalineuygulanmtr. Opampn pozitif terminali ise topraklanmtr. Opampn giri ve kterminalleri arasna balanan Rf direnci, geri besleme direnci olarak anlr. VN giri iareti ileV0 k iareti arasndaki bant R1 ve RF direnleri ile ifade edilir. Devrenin analizineyapmadan nce, opamp zellikleri tekrar hatrlatalm.

Opampn eviren (-) ve evirmeyen (+) girileri arasnda potansiyel fark yoktur.Ksaca gerilim fark sfrdr.


24/125

24


Opampn eviren (-) ve evirmeyen (+) ularndan, opamp ierisine kk bir akm

akar. Bu akm ok kk olduundan ihmal edilebilir.Girie uygulanan iaretin AC veya DC olmas durumu deitirmez, her ikisi dekuvvetlendirilir. Opampn (-) ucu ile (+) ucu arasndaki potansiyel fark sfrdr. Bu nedenle,devre de opamp'n (-) ucuda toprak potansiyelindedir. Devrenin analizine gelince VAnoktasnda K.A.K yazarsak;

01 =+ FII

devreden I1 ve IF akmlar iin gerekli bantlar yazalm;

( ) ( )0=

R

VV

R

VV

F

AAN + 0

1

Ykseltecin kapal evrim kazancna A dersek, VA geriliminin deeri VA=V0/A olur. VAnntoprak potansiyelinde olduunu biliyoruz. Ykseltecin ak evrim kazancnn ok bykolduunu da biliyoruz.

Buradan VA=V0/A dan VA=0 yazabiliriz. Bu durumda;

0=R

V

R

V

F

N 0

1

+

buradan k gerilimi;

=

1

10

R

RVV F

bulunur. Dier bir ifadeyle opampn girileri akm ekmediinden, I1 akmnn tm Rfdirencinin zerinden akacaktr. Rf direnci zerindeki gerilim dm ise;

0

1

1 VRR

VRIV F

NFRF =

==

olacaktr. Devrede Rf direncinin bir ucu toprak potansiyeline bal olduu iin RL ykdirencine paralel olarak dnebilir. Dolays ile Rf ularnda ki gerilim dm kgerilimi Vo deerine eit olur. Bylece giri iaretinin fazda terslenmi olur. Baka birifadeyle giri iareti evrilmitir. Opampn kazanc ise;

1

0R

R

V

VA F

N==

olarak aa kar.


25/125

25


rnek:2.1 ekil-2.2de grlen eviren ykselte devresinde LM741 tipi opamp kullan

lm

t

r. Devre,12Vluk simetrik kaynakla beslenmitir.

a. Devredeki I0 akmn, k gerilimini V0, Kapal evrim gerilim kazancn Abulunuz?

b. Opamp kna 2.2Kluk bir RL yk direnci balandnda yk zerinden geen ILyk akmn ve opampn toplam k akmn hesaplaynz?

R L

2.2K

+12V

-12V

V0I=0A

I=0A

If

IL

I1

+ -VR1

VRf +-

++

-

V1

Rf=10K

R1=1K

-

0.5V

ekil-2.2 Eviren Ykselte Devresi

zm nce I1 akmn bulalm. Devreden;

mA

K

V

R

VI 5.0

1

5.0

1

11 =

==

Opampn k gerilimi V0 ise;

VVK

KV

R

RV

f5)5.0(

1

101

1

0 =

==

olarak bulunur. Opampn kapal evrim kazanc ACL;

1011

0 ===R

R

V

VA

f

CL

RL yk direnci zerinden geen IL yk akm;

mAKV

RVIL

L 27.22.250 =

==

Opamp kndan ekilen toplam akm I0 ise;

mAmAmAIII L 32.25.027.210 =+=+=

olarak bulunur.

Eviren girie DC iaret yerine AC iaret de uygulanabilir. Bu durumda opamp ykseltmeilevini yine yerine getirecektir. Byle bir eviren ykselte devresi ekil-2.3de gsterilmitir.


26/125

26


R1

Rf

R L

+V

-VI=0A

I=0A+

+

V1

V1

t0

0.2

-0.2

150K

10K

3V

-3V

0V0

V0

ekil-2.3 Eviren ykselte devresinde ac alma

Devrede akm ve gerilimlerin analizini yapalm. ekil-2.3 zerindeki deerler dikkatealndn da opampn kapal evrim gerilim kazanc ACL;

1510

150

R1=

==

K

KRA

f

CL

Opamp kndan alnan k iaretinin tepeden tepeye deeri ise;

)2.0(10

150

R 110 V

K

KV

RV

f

==

VV 30 =

olacaktr. Eviren amplifikatr zelliinden dolay giri geriliminin faz 1800 derece fazterslenmi olarak ka yansyacaktr. Bu durum ekil-2.3 zerinde ayrntl olarakgsterilmitir.

Eviren Toplayc

Temel eviren ykselte devresindeki negatif terminale tek giri yerine, ekil-2.4'deki gibi birok giri iareti balanrsa opamp eviren toplayc olarak alr. Eviren toplayc devre,giriine uygulanan iaretleri toplayarak kna aktarr.

Eer giri gerilimleri sras ile; V1, V2 .. Vn ise; ortak u (negatif terminal) toprakpotansiyelinde olduu iin opampn + ile - terminalleri arasnda potansiyel fark yoktur.Dolays ile her bir koldan akan akmlar sras ile;

n

nn

R

VI

R

VI

R

VI === ,,

2

22

1

11

olur. RF geri besleme direncinden bu akmlarn toplam kadar bir akm akacandan(opampn iine akm akmaz, giri direnci sonsuzdur). Bu durumda opampn k gerilimi;

( ) Fn RIIIV ++= 210

R

R

V+R

R

V+R

R

V=V F

n

nF

2

2F

1

10


27/125

27


n

n

FR

V+

R

V+

R

VR=V

2

2

1

10

RL

+12V

-12V

V0

If

IL

I1

++

-

V1

RF=RR1

~0VI2

In

If=I1+I2++In

R2

Rn

V2

Vn

IT=I

f

741

ekil-2.4 Eviren toplayc devresi

rnek:2.2

ekil-2.4'deki devrede Rf=100K, R1=R2=Rn=10K ve V1=V2=Vn=0.2 volt ise, opampn kgerilimi;

VK

V+K

V+K

VK=V0 6

10

2.0

10

2.0

10

2.0100 =

elde edilir. Toplayc devrede Rf=R1=R2=Rn seilirse kta giriler ykseltilmeden sadecetoplanm olarak alnr. Yine ayn mantkla giri iaretlerinin ortalamas ktan alnabilir.Bunun iin;

R1=R2=Rn=R , Rf=R/3

olarak seilmelidir.rnek olarak ekil-12.11'deki devrede; R1=R2=Rn=100K, Rf=100K/3 veV1=5v, V2=5v, Vn=-1v ise V0 k gerilimi;

V0=(5+5+(-1))/3 V0=-3 volt

bulunur. Unutulmamaldr ki opampn k geriliminin maksimum deeri beslemegerilimi ile snrldr. Ksaca k geriliminin deeri hi bir zaman besleme gerilimideerini aamaz.

Ses Kar

t

r

c

(mixer)Bilindii gibi toplayc devre, giriine uygulanan dc iaretleri toplayarak kna aktarmaktaidi. Eviren toplayc devresinde, opampn eviren giriine ekil-2.5de grld gibimikrofonlar balayarak ses kartrc veya mixer olarak adlandrlan devreyi elde edebiliriz.Bu devrede; opampn eviren giriine mikrofonlar zerinden uygulanan ses iaretleritoplanarak ka aktarlmaktadr. Mikrofonlarla opamp giriine uygulanan giri iaretleri;istenirse ayarl direnler kullanlarak zayflatlabilir. Bylece giriten uygulanan iaretlerdeniitilmesi arzu edilen enstrmann veya arkcnn sesi ayarlanabilir.


28/125

28


RL

+12V

-12V

V0

If

IL

++

-

Rf

R1

~0V

R2

Rn

741

mic1

mic2

mic3

ekil-2.5 Ses kartrc (mixser) devre

Evirmeyen YkselteOpamplarn temel uygulamalarndan bir dieri ise evirmeyen ykselte devresidir. Budevrede ykseltilecek iaret opampn evirmeyen giriine uygulanmaktadr. Evirmeyenykselte devresinde giri iareti ile k iareti ayn fazdadr. Yani giri ile k iaretiarasnda faz fark yoktur. Temel bir evirmeyen ykselte devresi ekil-2.6da verilmitir.

Evirmeyen ykselte devresinin en nemli zelliklerinden birisi ok yksek bir giridirencine sahip olmasdr. Eviren bir ykselte devresinde giri direnci, devrede kullanlanR1 direncine baldr ve deeri birka K civarndadr. Evirmeyen ykselte devresinde isegiri direnci opampn giri direncine eittir. Bu deer ise yzlerce mega ohm civarndadr.

RL

+12V

-12V

V0I=0A

I=0A If

IL

I1 +

-V

1

Rf

R1

~0V

RL

+12V

-12V

V0

I=0A

I=0A If

IL

I1

+

-

V1

Rf

R1

~0V

ekil-2.6 Evirmeyen ykselte devresi

ekil-2.6da verilen evirmeyen ykselte devresinin analiziniz yapal

m. Opamp

n eviren veevirmeyen girileri arasndaki potansiyel fark 0Vdur. Bunu biliyoruz. Dolaysyla R1 direnciularnda veya zerinde V1 gerilimini aynen grrz. Devrede kirof yasalarndanyararlanarak k geriliminin alaca deeri yazalm.

FF RIRIV += 110

elde edilir. Devrede;

FII =1

olduu grlmektedir. Bu durumda yukarda verilen eitlii k gerilimini bulmadayeniden yazarsak V0 ;


29/125

29


FRIRIV += 1110

denklemini elde ederiz. Bu denklemde; I1 Akm,

1

11

R

VI =

deerine eittir. Bu deeri V0 eitliine yerletirirsek,

FRR

VR

R

VV +=

1

11

1

10

denklemi dzenlersek;

F

RR

VVV +=

1

1

10

+=

1

10 1R

RVV F

denklemi elde edilir. Yukarda elde edilen denklemin nda evirmeyen ykseltedevresinde kapal evrim kazanc ACL ise;

+=

1

1R

RA FCL

deerine eittir.

Evirmeyen ykselte devresinde gerilim kazanc grld gibi evirmeyen ykseltedevresinden 1 fazladr.

rnek:2.3

ekil-2.7de grlen evirmeyen ykselte devresinde LM741 tipi opamp kullanlmtr.Devre, 12Vluk simetrik kaynakla beslenmitir.

a. Devrede k gerilimi V0, ve Kapal evrim gerilim kazancn ACL bulunuz?

b. Opamp kna 3.3Kluk bir RL yk direnci balandnda yk zerinden geen ILyk akmn hesaplaynz?

c. Ayn devrede opamp kndan ekilen toplam akm hesaplaynz?

RL

+12V

-12VV

0I=0A

I=0AIF

IL

I1

+

-V1

RF=10K

R1=2K

~0V

2V

If

3.3K

ekil-2.7 Evirmeyen Ykselte Devresi


30/125

30


zmnce V0 k gerilimini bulalm. Devreden;

VVK

KVVR

R

VVV f 12

2

1012 00

1

110 =

+=+=

Kapal evrim kazanc ACL;

62

1011

1

=

+=

+=

K

KA

R

RA CL

FCL

RL yk direnci zerinden geen IL yk akm deeri;

mAK

VI

R

VI L

L

L 63.33.3

120 ===

Opamptan ekilen toplam Akm;

mAmAmAIIII TLFT 63.463.31 =+=+=

rnek:2.4

zm

ekil-2.8de grlen evirmeyen ykselte devresinde; k gerilimi V0, gerilim kazancnACL ve opamptan ekilen toplam akm bulunuz?

RL

+12V

-12VV

0

I=0A

I=0AIF

IL

I1

+

-V1

RF=100K

R1=10K

~0V

1V

If

1KR3

1K

R2=1K

VA

ekil-2.8 Evirmeyen Ykselte Devresi

Devreyi analiz edebilmek iin yaplmas gereken ilk ilem, opampn evirmeyen giriineuygulanan gerilim deerinin bulunmasdr. Opampn evirmeyen giriine uygulanangerilime VA dersek; Devreden VA gerilimini bulalm.

VVKK

VVR

RR

VV AAA 5.0

11

13

32

1 =

+

=

+=

Dolaysyla evirmeyen ykseltecin k gerilimi V0;


31/125

31


Dolaysyla evirmeyen ykseltecin k gerilimi V0;

VK

KV

R

RVV FA 5.5

10

10015.01 0

1

0 =

+=

+=

RL yk direnci zerinden geen IL yk akm ve I1 akmnn deeri;

mAK

V

R

VImA

K

V

R

VI A

L

L 5.0010

5.05.5

1

5.5

1

10 ======

Opamptan ekilen toplam akm ise;

mAmAmAIIII TLFT 65.505.0=+=+=

Evirmeyen Toplayc

Evirmeyen ykselte kullanlarak toplama ilemi yaplabilir. Evirmeyen toplayc ykselteuygulamasnda toplanacak iaretler, opampn evirmeyen giriine uygulanr. Opampknda ise bu iaretlerin toplam alnr. Tipik bir evirmeyen toplayc devresi ekil-2.9.adagrlmektedir. Devrede toplanacak giri says istee bal olarak artrlabilir. ekildekidevrede rnekleme amac ile iki girili bir devre gelitirilmitir. Devrede toplanmas istenenV1 ve V2 gerilimleri R1 ve R2 direnleri vastasyla opampn evirmeyen giriineuygulanmtr. Opampn evirmeyen giriinde oluan gerilim ekilde VA olarak

tanmlanmtr.

RL

+12V

-12V

V0

R3

V2

R1

R2

VA

V1

IL

RF

RL

+12V

-12V

V0

R

R/2 IL

R

R

VVVA

21+

=

ekil-2.9.a ve b Evirmeyen toplayc ve edeer devresi

VA geriliminin deerini bulmak iin opamp zelliklerinden yararlanarak devreyi ekil-2.9.bde grld gibi yeniden dzenleyebiliriz. Bu durumda VA gerilimi K.G.K dan;

2221

21 VRRR

VVVA +

+

=

olacaktr. Devrede R1=R2=R3=R4=R Kabul edersek,

221

2

VR

R

VVVA +

=


32/125

32


Bulunan bu eitlikte gerekli sadeletirme yaplrsa;

R

VVVA21 +=

bulunur. Devredeki giri devresinin thevenin edeer direnci ise;

RRR THE

2==

deerindedir. Bu durumda k gerilimi; V0,

VV A= 20

VVV 210 +=

olarak bulunur.Evirmeyen ykseltele tpk eviren ykselteteki gibi giri gerilimlerinin ortalamasn alanveya toplayp kuvvetlendiren devrelerde gerekletirilebilir. rnein devrede n adet girivarsa RF deeri;

RF=(n-1)R

yaplr. Bu durumda ykselte kazanc giri says kadar olup, kta giri gerilimlerinintoplam olan bir gerilim deeri elde edilir.

2.2 TEMEL FARK ALICI

Bu blmde opamplarn en temel uygulamalarndan olan fark alc (diferansiyel) ykseltedevresi incelenecektir. Fark alc devre, genelde lme ve kontrol sistemlerinintasarmnda kullanlan temel ykselte devresidir. Olduka hassas ve kararl biralma karakteristiine sahiptir.

Bu blmde opampla gerekletirilen temel bir fark alc devreyi inceleyerek birkatemel uygulama rneini inceleyeceksiniz.

Temel fark alc devre, karc amplifikatr (differance amplifier) veya farksal ykselteolarakda isimlendirilir. Temel bir fark alc devresi ekil-2.9'da gsterilmitir. Devredikkatlice incelendiinde opampn her iki giriinin de kullanld grlmektedir. Devrenin

temel al

ma prensibi eviren ve evirmeyen girilerine uygulanan iaretlerin fark

n

almasdr. Bu tip ykselteler pek ok endstriyel uygulamada sklkla kullanlrlar.

Opamp devresinin fark alma (karma) ilemini nasl yaptn ekil-2.10dan yararlanarakaklayalm. Bu devrede; giriten uygulanan iki ayr iaretin fark alnp kaaktarlmaktadr.


33/125

33


RL

+12V

-12VV0

I=0A

I=0A

V1

RF

R1

V2

R2

R3 VA

ekil-2.10 Temel Fark Alc (differansiyel Amplifikatr) Devresi

Devrenin analizi iin en uygun zm sper perpozisyon teoremi uygulamaktr. Bu ilemiin nce V2 giriini ksa devre yaparak, V1'den dolay oluan k gerilimi V01'i bulalm. Builem sonucunda devremiz ekil-2.11.ada grlen biimi alr.

RL

+12V

-12VV01

RF

R1

R2

R3RL

+12V

-12V

V02

RF

R1

V2

R2

R3VA

a) V2kayna ksa devre iken opamp k; Vo1 b) V1kayna ksa devre iken opamp k; Vo2

V1

ekil-2.11.a ve b Fark alc devreye Super pozisyon teoreminin uygulanmas

Devrede kullanlan R2 ve R3 direnlerinin etkisi kalmaz. nk opampn giri direnciyaklak sonsuz olduu iin zerlerinden bir akm akmaz. Dolaysyla zerlerinde birgerilim dm olmaz. Bu durumda devremiz bir evirmeyen ykselte halini almtr.

Dolaysyla V1'den dolay k gerilimi V01;

111RRV=V F0

olarak bulunur. Devre eviren ykselte zelliindedir. V2 giri geriliminin ka etkisinibulabilmek iin V1 giriini ksa devre etmemiz gerekir. Bu ilem sonunda devremiz ekil-2.11.bde gsterilen ekli alr. Bu devre evirmeyen ykselte zelliindedir. Devrenin kgerilimini (V02) hesaplayalm.

+

102 1

R

RV=V FA

bulunur. VA, opampn evirmeyen giriine uygulanan gerilimdir. Deerini devredenaadaki gibi yazabiliriz;


34/125

34


2

23

3 V

RR

R=VA

+

Bulunan VA deerini V02 eitliinde yerine yerletirirsek ;

+ 12

32

302

R

R+1V

RR

R=V F

+

+ 2

23

3

1

2 1 VRR

R

R

R=V

F0

Toplam k gerilimi V0 ise her iki k geriliminin toplam olacaktr.

02010 VV=V +

deerler yerletirilirse , Toplam k gerilimi ;

+

)()1( 2

32

3

1

1

1

0 VRR

R

R

R++V

R

R=V FF

olarak bulunur. rnein ekil-2.12deki temel fark alc devrede R1=R2=R3=RFolarak seilirsek gerilimi;

V0 = V2 - V1

olarak bulunur. Grld gibi devre giriine uygulanan gerilimlerin farkn almaktadr. Budevrede;

R3=RF ve R1=R2

semek art ile devreyi fark ykselteci haline getirmek mmkndr.

RL

+12V

-12VV0

I=0A

I=0A

V1

RF

R1

V2

R2

R3 VA

ekil-2.12 Temel Fark Alc (differansiyel Amplifikatr) Devresi


35/125

35


rnek:

2.5

zm:

ekil-2.13de verilen fark alc devrede k gerilimini (Vo) ve opamptan ekilen yk

akmn (IL) bulunuz? R1=R2=R3=10K, Rf=10K, RL=1K

RL

+12V

-12V

V02

R1

V2

R2

R3 VA

V1 4V

4V

IL

Rf

ekil-2.13 Temel Fark Alc devre

Verilen devre V1 ve V2 iaretlerinin farkn alp kuvvetlendirecektir. nce k iaretininalaca deeri bulalm. Bunun iin;

A

FF0 V

R

R+1+V

R

R=V )(

1

1

1

)()( 2

32

3

1

1

1

0 VR+R

R

R

R+1+V

R

R=V FF

)4

1010

10()

10

10(4

10

100 V

K+K

K

K

K+1+V

K

K=V

[ ] [ ])45.0()1(4 V+1+V=V0

[ ] [ ])4(4 V+V=V0

V=V0 0

Grld gibi fark alc devre opamp giriine uygulanan iaretlerin farkn almtr. kgerilimi Vo=V2-V1 olmutur. Opamp kna balanan RL yk direnci zerinden geen ILakmn hesaplayalm.

01

00 =

K

=IR

V=I L

L

L


36/125

36


rnek:2.6 ekil-2.14de verilen fark al

c

devrede

k

gerilimini (Vo) ve opamptan ekilen ykakmn (IL) bulunuz? R1=R2=R3=10K, Rf=10K, RL=1K

RL

+12V

-12V

V02

R1

V2

R2

R3 V

A

V1 2V

2V

IL

Rf

ekil-2.14 Temel Fark alc devre

zm Verilen devre V1 ve V2 iaretlerinin farkn alp kuvvetlendirecektir. nce k iaretininalaca deeri bulalm. Bunun iin;

)()( 2

32

3

1

1

1

0 VR+R

R

R

R+1+V

R

R=V FF

)2

1010

10()

10

10()2(

10

10V

K+K

K

K

K+1+V

K

K=V0

[ ] [ ])25.0()1(2 V+1+V=V0

[ ] [ ])2(2 V+V=V0

V=V0 4+

Grld gibi fark alc devre opamp giriine uygulanan iaretlerin farkn almtr.k gerilimi Vo=V2-V1 olmutur.

Opamp kna balanan RL yk direnci zerinden geen IL akmn hesaplayalm.

mAK

V=I

R

V=I L

L

L 41

40 =


37/125

37


rnek:

2.7

zm:

ekil-2.15de verilen fark alc devrede k gerilimini (Vo) ve opamptan ekilen yk

ak

m

n

(IL) bulunuz? R1=R2=R3=10K, Rf=10K, RL=10K

RL

+12V

-12V

V02

R1

V2

R2 VA

V1 2V

2V

IL

RF

ekil-2.13 Temel Fark Alc devre

Verilen devre V1 ve V2 iaretlerinin farkn alp kuvvetlendirecektir. nce k iaretininalaca deeri bulalm. Bunun iin;

A

FF VR

R+1+V

R

R=V )(

1

1

1

0

+

)2()(

1

1

1

0 VR

R+1+V

R

R=V FF

)2()

10

10(2

10

10V

K

K+1+V

K

K=V0

[ ] [ ]V+V=V0 42

V=V0 2+

2.3 GERLM ZLEYC

Opamp kullanlarak gerekletirilen dier bir uygulama ise gerilim izleyicisi (VoltageFollover) olarak bilinir. Gerilim izleyici devreler; yksek giri, alak k empedansasahip olmalar nedeniyle pek ok uygulama ve tasarmda sklkla kullanlrlar.

Bu blmde opampla gerekletirilen gerilim izleyici devreyi inceleyerek birka temeluygulama rneini inceleyeceksiniz.

Gerilim izleyici devre, evirmeyen ykselte devresinin zel bir halidir. Temel bir gerilimizleyici devre ekil-2.14de verilmitir. Dikkat edilirse bu devrede Rf geri besleme direncikullanlmam, geri besleme direkt yaplmtr. Opamp girileri arasnda gerilim farkolmadndan k gerilimi Vo, giri gerilimi ile ayndr (Vo=Vin). Devrede gerilim kazancyoktur. Bu nedenle bu tip devrelere gerilim izleyicisi denir.


38/125

38


+V

-VVin

V0=Vin

0V

ekil-2.14 Gerilim izleyici devre

Genel amal opamplarla (LM 741 gibi) ekil-2.14deki balant yaplarak gerilim izleyicisielde edilebilecei gibi yalnzca bu amala gerekletirilmi operasyonel ykseltelerdevardr. rnein LM 110 tmdevresi bu ama iin retilmitir. LM 110 tmdevresinde klaeviren giri arasndaki balant tm devre ierisinde yaplmtr. LM 110 tmdevresinin bazkarekteristikleri aada verilmitir.

Giri direnci Ri: 106 M (ok byk)Giri akm Iin: 1 nA (ok kk)k direnci Ro: 0.7 (ok kk)Band genilii BG: 10 MhzGerilim Kazanc ACL: 0.9997

D balant ile gerekletirlen gerilim izleyicileri de yaklak ayn deere sahiptirler.Gerilim izleyicilerinde giri direnci ok byk olduu iin bir nceki devreyi yklemezler.Bu yzden bunlara buffer veya izolasyon amplifikatr denir. Dolays ile k

geriliminin genlik ve faz girile ayndr. ekil-2.15de dc ve ac alma iin gerilim izleyicidevreleri ve evre akmlar verilmitir. Yk akm IL, opamptan ekilen akma eittir.

+V

-VV

in

V0=V

in

0V

RL

+V

-VV

in

V0=V

in

0V

RLIL

I=0A

IL

I0

ekil-2.15 Gerilim izleyici devrenin dc ve ac alma artlar


39/125

39


2.4 TREV VE ENTEGRAL ALICI

Bu blme kadar anlatlan opamp uygulamalarnda geri besleme elemanlarnn tamamenomik olduu varsayld veya omik bir eleman olan diren kullanld. Genel olarakelamanlar kapasitif ve endktif zellik gsterdiklerinden giri ve geri besleme direnci yerineempedans ieren (L ve C) elamanlarda kullanlr. Bylece tamamen omik elaman yerine,empedans kullanmakla devrenin ilevide byk oranda deitirilmi olur.

Bu blmde opampla gerekletirilen temel trev ve entegral alc devreyi inceleyecek vebirka temel uygulama rnei greceksiniz.

Trev Alc Devre

Trev alc devresi, genel olarak bir eviren ykselte zelliindedir. Fark olarak girite R1direnci yerine C kondansatr bulunmaktadr. Genel bir trev alc devresi ekil-2.16daverilmitir. Trev alc, giriinden uygulanan iaretin trevini alarak ka aktaran birdevredir.

+V

-V

Vin V0

n

RL

RF

C

i

iF

ekil-2.16 Trev Alc Devre

Devrenin almasn ksaca inceleyelim. Girite kullanlan kondansatr, ac iaretleri geirenfakat dc iaretleri geirmeden zerinde bloke eden bir devre elemandr. Dolays ile dciaretler iin trev alma sz konusu deildir. Gerekte dc iaretler iin trev alc kVo=0dr. Trev alc giriine mutlaka sinsoydal iaret uygulanmas sz konusu deildir.Frekans barndran veya genlii zamana bal olarak deien bir iaretin uygulanmasyeterlidir. ekil-2.16da verilen trev alc devrenin k gerilimi;

iRV F =0

deerine eittir. C kondansatr zerinden akan i akmnn deeri ise;

dt

dVCi in=

olduu bilinmektedir. Dolaysyla bu deer k gerilimi iin yeniden dzenlenirse;

dt

dVCRViRV inFF = 00

olarak ifade edilir. Bu denklemden de grld gibi k gerilimi (V0), giri geriliminintrevi ile orantldr.


40/125

40


Trev alc devrenin k denkleminde kullanlan; dVin/dt ifadesi herhangi bir anda giri

iaretinin eimini veya deiim hzn belirtmektedir. Bu ifade matematiksel olarak trevfonksiyonu olarak bilinir. Dolays ile ierisinde eim veya deiim barndran tmiaretlerin trevini almak sz konusudur. Konunun daha iyi anlalmas amac ileaada rnek bir devre zm verilmitir.

rnek:2.8

zm:

ekil-2.17de verilen trev alc devre giriine genlii tepeden tepeye Vpp=0.5V olan2KHzlik bir gen dalga iareti uygulanmtr. k geriliminin (Vo) analizini yaparakdalga biimini iziniz.

RF=10K

+V

-V

Vin

V0

C=10nF

i

0.5

0.5

0 t

T=0.5ms

f=2KHzV

in

t1=0.25ms t

2=0.25ms

ekil-2.17 Trev alc devrenin analizi

Verilen devrede nce pozitif eimi hesaplayalm. V1 ve V2 iaretlerinin farkn alpkuvvetlendirecektir. nce k iaretinin alaca deeri bulalm. Bunun iin;

s

V

s

V

t

V

dt

dV=tegimPozitif inin 20001025.0

5.0: 31 ==

=

Pozitif eim iin k gerilimini hesaplayalm,

Vdt

dVCRtV inF 1200010101050)(

9310 ===

Negatif eim iin gerekli analizleri yapalm.

s

V

s

V

t

V

dt

dV=tegimNegatif

inin 20001025.0

5.0: 32

=

=

=

V

s

V

dt

dVCRtV inF 1200010101050)(

9320 =

==

Yukarda yaplan analizler nda giri ve k iaretlerini dalga biimlerini birliktegsterelim.


41/125

41


V in

0.5V

0.5V

0

T=0.5ms

f=2KHz

t1

=0.25ms t2

=0.25ms

V0

t

1V

-1V

t1 t2 t3t

0

Pratik uygulamalarda ekil-2.16daki devre yaln hali ile yeterli deildir. rnein yksekfrekanslarda C kondansatr ksa devre gibi davranacandan ykseltecin kazancnartrarak doyuma gtrebilir. Ayrca Vin iaretinin ierisinde eitli grltler olabilir.Grlt iaretleri ise ok geni frekans tayfna sahiptir. Bu durumda grltde olduu gibiykseltilebilir. Bu istenmeyen durumu nlemek iin opamp devresinin kazancn yksekfrekanslar iin snrlamak gerekir. Bu amala ekil-2.18de grlen devre gelitirilmitir.

RF

+V

-V

V0

C1

iVin

R1

R2

iF

ekil-2.18 Trev alc devrenin analizi

Bu devrede girie kazanc snrlayan R1 direnci eklenmitir. Bylece devrenin gerilim kazanc

Rf/R1 ile snrlanmtr. R2 direnci ise opamp girilerindeki dc akm kampanzasyonununsalanmas iin kullanlmtr. Ayrca bu devrenin trev alc olarak alabilmesi iinaadaki iki artn yerine getirilmesi gerekir.

1- Devrede giri iaretinin frekans FGR; FC deerine eit yada ondan kk olmaldr.

CGR FCR

F =

112

1

2- Devrede RfC1 arpm "zaman sabiti" olarak isimlendirilir. Giri iaretinin periyoduyaklak bu deerde olmaldr.


42/125

42


Entegral Alc

Entegral alc devre, girie uygulanan iaretin entegralini alarak ka aktarr. Bu ilemigerekletiren bir entegral alc devre ekil-2.19da gsterilmitir. Grld gibi bu devredegeri besleme bir kondansatr yardm ile yaplmaktadr.

+V

-V

Vin V0

n

RL

R1

C

i

iF

ekil-2.19 Entegral Alc Devre

Entegral alc devrenin n noktasndaki gerilim, opamp giri zelliinden dolay 0 voltcivarndadr. Bu durumda i akm ise i=Vin/R1 veya i=-IF dir. Bilindii gibi kondansatrularndaki gerilim;

FC IC1=V

Kondansatr zerinden geen akm ise;

dt

dvC=IC

deerine eittir.

Bu aklamalardan sonra devredeki n noktas iin K.A.Ky yazalm;

FF II=II = 0

dt

dVC

R

V

dt

dVC

R

V inin 0

1

0

1

0 +=

V0 deerini bulmak iin her iki terimin zamana gre trevini alrsak;

dtV

CR=V in

10

1

deerini buluruz. Formlden de grld gibi opamp giri geriliminin entegralini alan birdevre olarak almaktadr. Bilindii gibi entegral anlam olarak bir erinin altnda kalanalana karlk gelmektedir. ekil-2.19da verilen temel entegral alc devre bu haliyle yeterlideildir. Gelitirilmi bir entegral alc devresi ekil-2.20de verilmitir.


43/125

43


+V

-VVin

V0

n

RL

R1

i

C

RP

R2

ekil-2.20 Gelitirilmi Entegral Alc Devre

Bu devrede; giri ofset geriliminin giderek opamp kn doyuma gtrmesini engellemekamacyla C kondansatrne paralel bir RP direnci balanmtr. Bu diren, opampn gerilimkazancn da snrlamaktadr. Ayrca giri polarma akmlarnn eit olmayndan doacakofset geriliminin etkilerini gidermek amac ile R2 direnci kullanlmtr. Bu direncin deeriR2=Rf//R1 olmaldr. Opampn entegral alc olarak grev yapabilmesi iin giriineuygulanacak iaretin frekans (fGR), fC deerine eit yada ondan byk olmaldr.

(fGR fC)

CR2

1=FF

FPCGR

Ayrca devrenin zaman sabitesi (1/R1Cf) ile, girie uygulanan iaretin frekans fGR


44/125

44


zm:

Verilen devrede pozitif yarm saykl (alternans) iin k gerilimini hesaplayalm.

( )363

1

01

2/

0110 1025.0

101.0107.4

21)(

=

=

= V

tCR

VdtV

CRtV

tm

T

m

VtV 1)( 10

Negatif yarm saykl;

( )363

2

112/10 1025.0

101.0107.4

21)2(

=

+=

= V

tCR

VdtV

CRtV

t

t

mT

T

m

VtV 1)( 10 + Yukarda yaplan analizler nda giri ve k iaretlerini dalga biimlerini birliktegsterelim.

V0

1V

-1V

0

T=0.5ms

f=2KHz

t1

=0.25ms t2

=0.25ms

Vin

t

2V

-2V

t1

t2

t3

t0

Trev ve entegral alc devreler, elektronik endstrisinde pek ok alanda kullanlrlar. Budurum dikkate alnarak eitli iaretler iin trev ve entegral alc devrenin klarnda

oluturabilecekleri dalga biimleri ekil-2.22de verilmitir.


45/125

45


Giriareti Dalga ekli Opampla Trevi (dV1/dt) Opampla Entegrali

V

t 0 t t

tCR

V

mt

rampa

t

-mRC

t

CR

mt

2

2

Vm

Sin wt

t

-Vm w

RC Cos wt

t t

tCR

Vm

cos

m1t

t t

Parabolik

t

m2

t

-m1 RC

-m2

RC

t t t

ekil-2.22 Opampla gerekletirilen trev ve entegral alc devrelerinin baz giriiaretlerinde k dalga biimleri


46/125


Opamp Uygul amal ar

Konular:3.1 Gerilim Karlatrclar (Komparator)3.2 Multivibratrler

3.3 Aktif Filtreler3.4 Hassas


Operasyonel ykseltecin tantm ve sembol,

deal opamp zellikleri

Pratik opamp zellikleri ve 741 tipi tmdevre opampn tantlmas ve terminal balantlar

Opampn temel yaps ve blok olarak gsterimi Transistrl Farksal Ykseltecin Yaps, zellikleri ve alma Karakteristikleri

Opamp Karakteristikleri

BLM 3


47/125

47


3.1 GERLM KARILATIRICILAR

Gerilim karlatrclar kimi kaynaklarda ksaca komparator (comparators) olaraktanmlanr. Temel ilevi herhangi bir gerilim deerini bilinen bir deer ile karlatrpseviyesini belirlemektir. Bu nedenle Gerilim Seviye Dedektr olarak da adlandrlr.

Kullanm amacna ve ilevine bal olarak pek ok tip gerilim karlatrc devregelitirilmitir. Bu blmde srayla aada belirtilen temel karlatrc devreleriincelenecek ve uygulama rnekleri verilecektir.

Basit Komparator Devresi Negatif Seviyeli Gerilim Dedektrleri Pozitif Seviyeli Gerilim Dedektrleri Pozitif Geribeslemeli Gerilim Seviye Dedektr

Gerilim karlatrclar ksaca komparator olarak bilinir veya tanmlanr. Kimikaynaklarda Gerilim Seviye Dedektr olarak da anlmaktadr. Komparatorlar genellikleopamplardan yararlanlarak oluturulur ve iki adet girie sahiptir. Komparatorun temelilevi girilerine uygulanan iki ayr iaretin birbirleri ile mukayese edilmesini salamaktr.Girilerden birine referans iaret, dierine ise mukayese edilecek iaret uygulanr. Bu ikiiaret komparator tarafndan karlatrlr. Mukayese edilen iaretlerin deerlerine balolarak komparator kndan bir iaret alnr. Sonuta komparator, karlatrlacak iaretinreferans geriliminden byk veya kk olduunu belirler. Eer komparator olarak herhangi bir opamp kullanlrsa opampn k gerilimi ya pozitif yada negatif doyumdadr.Bylece mukayese edilen gerilimin referans geriliminden farkl olduunu anlalr.

Referans gerilimi; pozitif, negatif veya sfr deerinde olabilir. Komparatorler genelliklereferans gerilimin polaritesine bal olarak; pozitif, negatif ve sfr gerilim seviye dedektrolarak da isimlendirilerek snflandrlmaktadr. Komparatorlar aada belirtilen amalariin kullanlrlar.

Her hangi bir iaretin sfr seviyesinden ne zaman ve hangi ynde getiinibelirleyen sfr seviye detektrleri olarak.

Her hangi bir iaretin belirli bir referans gerilimine ne zaman ulatn gsterengerilim seviye detektr olarak kullanlrlar

Dzensiz biimdeki iaretlerin kare dalga veya darbeli iaretlere dntrlmesinde schmit tetikleyici olarak.

Kare ve gen dalgalarn retilmesinde osilatr olarak kullanlrlar.

Kullanm alanlar son derece geni bir alan kapsayan komparatorlar; darbe geniliimodlatr (PWM), tepe detektr, gecikme ve zamanlama devrelerinde temel devreeleman olarak kullanlmaktadr. Analog ve saysal veri ileme ve oluturma sistemleri isedier nemli kullanm alanlarndandr.

Basit Komparatr

Genel amal bir opamp, komparator olarak kullanlaca gibi bu i iin zel olarak retilmive tek bir tmdevre ierisine yerletirilmi komparatorlar vardr (LM 101, LM 301 v.b gibi).Bu tmdevreler daha iyi sonu verirler. Opamp kullanlarak oluturulmu basit bir


48/125

48


komparatr devresi ekil-3.1de gsterilmitir.

Devreden grld gibi opamp devresinde geribesleme direnci kullanlmamtr.Dolaysyla opampn gerilim kazanc sonsuzdur. Opamp temel alma ilkesine bal olarakeviren ve evirmeyen girilerine uygulanan iaretlerin farkn alp ak evrim kazanc kadarykseltip kna aktaracaktr.

+V

-VV

V0RL

t

t

V

V0

0

+1V

-1V

+VDOY

-VDOY

0

V>0

V0 olduunda opampn k gerilimi pozitif ynde doyuma (+VDOY)gidecektir. V0

V


49/125

49


doyumdan -V doyuma, veya -V doyumdan +V doyuma gider. k iareti bu ekilde

durum deitirdiinde, giri iaretinin s

f

rdan getii anla

l

r. Bu durum ekil-3.1 ve ekil-3.2 zerinde gsterilmitir.

Yukarda verilen komparator devreleri uygulamada yeterli sonucu veremez. Pratikuygulamalarda opamp, ou kez giriindeki seviye deiimlerine ekillerde grld gibihzl cevap veremez. Ayrca; giri ularndaki grltden dolay giri iareti zerinde birtakm osilasyonlar oluabilir. Bu osilasyonlar yznden sfr ekseni bir ka defa kesilerekkomparator k durum deitirebilir. Bu durum hatal alglamalara neden olabilir.Belirtilen bu hatalar minimuma indirmek iin eitli tip komparator devreleri gelitirilmitir.Sonraki blmlerde gelitirilmi komparator devrelerini inceleyeceiz.

Pozitif Seviyeli Gerilim Dedektrleri

Bir nceki blmde komparatorda kullan

lacak referans gerilimi olarak ase potansiyelinibelirlemitik. Bu tr komparatorlara genellikle Sfr Seviyeli Gerilim Dedektrleridenilmektedir. Komparator devresinde kullanlan opamp girilerinden herhangi birisinepozitif sabit bir referans gerilimi uygulanrsa bu tr komparatorlere Pozitif Seviyeli GerilimDedektrleri denilmektedir. ekil-3.3.a ve bde bu tr dedektr rnekleri grlmektedir.ekil-3.3.ada referans gerilimi sembolik bir batarya ile belirtilmitir. ekil-3.3.bde isereferans gerilimi gerilim blc direnler kullanarak elde edilmitir. Her iki ekilde dereferans gerilimi VR pozitif bir deerdedir.

+V

-VV

V0

RL

+VR

+V

-V

VV

0R

L+VR

R1

R2

+V

t

V

-VDOY

0

V>VR

VR

V

+VDOY

VVR

VR

V

+VDOY

VVR olunca, evirmeyen giri etkinkonuma geecek ve opamp pozitif doyuma srecektir (+VDOY).

zet olarak opamp girilerindeki V=VR dengesi hangi giri lehine deiirse, opampn k


50/125

50


giriine uygun olarak VDOY deerlerinde deiiklie urayacaktr. Bu durumlar ekil-3.3

zerinde ayr

nt

l

olarak izilmitir. Dalga biimlerini inceleyeniz.

Negatif Seviyeli Gerilim Dedektrleri

Komparator devresinde kullanlan opamp girilerinden herhangi birisine negatif sabit birreferans gerilimi uygulanrsa bu tr komparatorlere Negatif Seviyeli Gerilim Dedektrleridenilmektedir. ekil-3.4.a ve bde bu tr dedektr rnekleri grlmektedir. ekil-3.4.adareferans gerilimi sembolik bir batarya ile belirtilmitir. ekil-3.4.bde ise referans gerilimigerilim blc direnler kullanarak elde edilmitir. Her iki ekilde de referans gerilimi VRnegatif bir deerdedir.

Bu tr komparatorlerin almas ekil-3.4 zerinde gsterilmitir. zetle, opampgirilerindeki V=VR dengesi hangi giri lehine deiirse, opampn k o giriine uygun

olarak VDOY deerlerinde deiiklie urayacaktr. Dalga biimlerini inceleyeniz.

+V

-VV

V0

RL

-VR

+V

-V

V

V0

RL-V

R

R1

R2

-V

t

V

-VDOY

0

V


51/125

51


rnek:

3.1

zm:

ekil-3.5de verilen gerilim seviye dedektrnn knda elde edilecek gerilim deerini

(V0) hesaplay

n

z? Opamp

ideal olarak kabul ediniz.

+V=15V

-V=15V

V V

0RL

+VR

R1

R2

+VCC

=12V

10K

2K

5V1K

ekil-3.5 Gerilim seviye dedektr ve analizi

Verilen komparator devresinde nce referans gerilim (VR) deerini bulmalyz. Bunun iinopampn evirmeyen giriine uygulanan VR deeri;

( )CCR V+RR

R=V

+ 21

1 ( )V

KK

K=VR 12

210

10

+

V=VR 10

olarak bulunur.

Komparatore seviyesinin tespiti iin uygulanacak giri iaretinin deeri ise V=5Vdur. Budurumda opampn evirmeyen girii daha etkindir. nk;

R VV 10dur. Geni bantl da ise Q2Ar olmaldr.

rnek:3.7

ekil-3.18de verilen band geiren filtre devresinde Wr=10 k rad/s, Ar=40, Q=20 veC1=C2=C=0.01F deerleri iin B, R1, R2, ve R3 deerlerini hesaplaynz?

sradkQ

WrB /5.0

20

1010 3=

==

=

=

=

KCB

R 4001001.0105.0

22632

=

= K

Ar

RR 5

402

10400

2

32

1

=

=

= K

ArQ

RR 263

4024004

10400

24

3

22

3

Band Sndren Filtre

Belirli bir frekans aralndaki iaretleri geirmeyip, dierlerini geireren veya zayflatan birfiltre tipidir. Band sndren filtre genellikle istenmeyen ve sistemler zerinde parazit(grlt) etkisi yapan iaretlerin azaltlmasnda kullanlr. rnein elektronik cihazlarnevresinde alan motor, generator, transformatr v.b elektromekaniksel cihazlar

evrelerinde ve ebekede elektiriksel grlt olumasna sebep olurlar. Belirtilen buparazitleri yok etmek amac ile elektronik cihazlarn pek ounda band sndren filtredevreleri kullanlr.

Tipik bir band sndren filtre devresi ve frekans cevab ekil-3.19da verilmitir. Bandsndren filtre devresinin dzenlenmesinde; rezonans frekans, band genilii (B) veyakalite faktr (Q)nn bilinmesi gerekir.


64/125

64


+V

-VV

V0

R2

+

RA

C1

R1

C2

Wr

BandGenilii

(B)

0.707

RB

0.1

0.001

0.01

-3dB

-20dB

-40dB

-60dB

W

ekil-3.19 Band sndren filtre devresi ve frekans cevab

Devrenin dzenlenmesi ve eleman deerlerinin hesaplanmasnda aadaki admlar izlenir.

1. C1=C2=C elemanlar iin uygun bir deer seilir.

2. Devrede kullanlan diren deerleri aadaki gibi hesaplanr.

CBR

=

22 2

21

4 Q

RR

=

RA direnci iin uygun deer; RA=1Kdur.

AB RQR =22

3.3 MULTVBRATRLER

Bu blmde opamp kullanlarak oluturulan astable (kararsz) ve monostable (tek-kararl)multivibratr devrelerini inceleyeceiz. Multivibratr devreleri genellikle saysal sistemlerde olduka geni bir kullanm alanna sahiptir. Bu blmde opampla gerekletirilen;

Astable Multivibratr (Kare dalga reteci) Monostable Multivibratr

devrelerinin tasarm ve almas hakknda ayrntl bilgiler elde edeceksiniz.

Astable MultivibratrAstable multivibratr gerekte bir kare dalga retecidir (osilatr). Opampla oluturulmubir kare dalga reteci ekil-3.20de verilmitir. Eviren girie balanan C kondansatrdnda devre bir komparatora benzer. C kondansatr dc iaretler iin ak devre olduunagre opamp ak evrimde almaktadr ve kazanc ok yksektir. Opamp k girilerinebal olarak +VDOY ve VDOY arasnda salnacaktr.


65/125

65


+

R1

C

RF

VC +V

-V

_

VHT

+

V0=+V

DOY

+

R1

C

RF

VC +V

-V

_

R2VLT

-

V0=-V

DOY

(a) (b)

R2

ekil-3.20 Kare Dalga rete Devresi

Devrenin almasn ksaca aklayalm. R1 ve R2 direnleri gerilim blc olarakkullanlmtr. k iaretinin belirli bir miktar R2 zerinde opampn evirmeyen giriineuygulanmtr. lk anda opamp knn Vo=+VDOY deerinde olduunu kabul edelim. Budurum da ekil-3.20.ada gsterilen VHT gerilimi;

211

RR

VRV DOYHT +

+=

deerindedir. RF direnci zerinden de negatif geribesleme oluacaktr. RF zerinden I+ akmakacak ve C kondansatr belirtilen ynde arj olacaktr. Kondansatr zerinde oluan VCarj gerilimi, opampn evirmeyen giriine uygulanan VHT geriliminden kk olduu srecek Vo=+VDOY deerinde kalacaktr.

Kondansatr gerilimi VC, VHT deerini getii anda, opamp k +VDOYdan VDOY deerinegeer. Bu durum ekil-3.20.bde gsterilmitir. Bylece opampn evirmeyen giriine negatifbir gerilim uygulanm olur. Bu gerilim deeri;

211

RR

VRV DOYLT +

=

olur. Opamp k VDOY deerine getiinde kondansatr gerilimi VC, akacak olan I- akmile nce 0Va dearj olacaktr. Daha sonra ise VLT deerine kadar tekrar ar olacaktr.

VC gerilim VLT deerinden daha negatif olduunda ise opamp k tekrar konumdeitirecektir. VDOY deerinden +VDOY deerine ulaacaktr. Bu durum bylece srpgidecektir.

C kondansatrnn arj sresi devrenin osilasyon frekansn belirlemektedir. Devredeoluan gerilimler ve k iaretinin dalga biimi ekil-3.21de gsterilmitir.


66/125

66


VLT

VHT

+VDOY

+VDOY

+VDOY

V0 (v)

VC

t

V0

t1=RF.C t2=RF.C

ekil-3.21 Kare Dalga rete Devresinin dalga biimleri

Devrede kondansatrn arj sresinin hesaplanmasn kolaylatrmak iin R2 direnci;

R2=0.86R1

eklinde seilmelidir. rnein R1=100K ise R2=86K deerinde olmaldr. Devredekondansatrn arj ve dearj ayn elemanlar ve simetrik gerilim deerleri ile yapldndank da elde edilecek kare dalgann her iki alternans da (t1 ve t2) eit olacaktr. Bylece;

t1=t2=RF C

olacaktr. Devre knda elde edilen kare dalga iaretin peryodu ise R2=0.86R1 deerleriiin; CRT F = 2 olacaktr. Buradan devrenin frekans;

CRTf

F ==

211

olarak bulunur veya hesaplanabilir.

rnek:3.8

ekil-3.22de verilen kare dalga osilatr devresinde alma frekans 50Hz olmasisteniyor. C kondansatrnn deeri ne olmaldr? Hesaplaynz? VDOY=15V

R1

C

RF

VC +V

-V

R2VLT

V0

=100K

100K

86K

ekil-3.22 Kare dalga osilatrnn analizi


67/125

67


Monostable Multivibratr

Tek dengeli multivibratr olarak adlandrlan bu tr devreler, giriinden uygulanan iarete

bal olarak sadece tek bir darbe eklinde k iareti verirler. k iaretinin darbe sresi isedevrede kullanlan R ve C elemanlar ile salanr. ekil-3.23de bir astable multivibratrdevresinde giri ve k dalga biimleri birlikte verilmitir.

0

0

V0

V

T T

t

t

ekil-3.23 Monostable multivibratr devresinde giri (V) ve k (V0) dalga biimleri

Dalga ekillerinden de grld gibi k iaretinin darbe sresi, multivibratrn giriiaretinin darbe sresinden bamszdr. Ondan daha byk veya kk olabilir. Bu zelliimonostable multivibratr zamanlama ve geciktirme sistemlerinin tasarmnda poplerklar. Ayrca bu tr multivibratrler zellikle saysal sistemlerde tetikleme kayna olarak dakullanlmaktadr.

Monostable multivibratrn ayr konumda almaktadr. Bunlar; kararl hal, gei hali ve

karars

z hal olarak tan

mlan

r. Tipik bir monostable multivibratr devresi ve al

mas

ekil-3.24.a ve bde gsterilmitir.

zm VVKK

KV

RR

RV DOYHT 7)15(

10086

86)(

12

2 +++

=+

+=

VVKK

KV

RR

RV DOYLT 7)15(10086

86)(

12

2 +

=

+=

CRTf

F ==

2

11

fRC

F =

2

1 F

HzKC 1.0

50101002

1

501002

13

=

=

=


68/125

68


RFC1=0.1F

+V

-V

VHT=2.1V

V0=+15V

=100K

10K

1.8K

D1

R1

RA10K

C2=0.01FVd

+

0.5V

V=0V +

_

D2

(a)

RFC1=0.1F

+V

-V

R2VLT=2.1V

V0=+15V

=100K

10K

1.8K

D1

R1

RA10K

C2=0.01FVd

+

I

V

+

_

D2

(b)

R2

0 2mssresince

2ms sresince

_

_

_

+

+

_

ekil-3.24.a ve b Monostable multivibratr devresi ve almas

ekil-3.24.ada kararl hal grlmektedir ve k Vo=+VDOYdur. Opampn evirmeyengiriine R1 ve R2 tarafndan VHT gerilim uygulanmtr. Eviren giri ise D1 diyodu iletimdeiken 0.5V ile snrlanr. Kararl halde opampn evirmeyen girii daha etkin olduundan(VHT=+2.1V) opamp k daima +VDOY deerindedir.

ekil-3.24.bde gsterildii gibi astable multivibratr devresinin giriine bir negatif darbeuygulandn dnelim. Eer bu darbenin genlii VHT deerinden byk olursa opampnevirmeyen girii, eviren girie gre daha negatif olacaktr. Bu durumda opamp kdeiecek ve +VDOYdan VDOY olacaktr. Bu olaya gei durumu denir. yi bir sonu iin

C2 ondansatr 0.005Fdan byk seilmelidir.Gei durumundan sonra multivibratr kararsz duruma geecektir. Fakat bu kararsz haldeuzun sre kalamaz. nk R1 ve R2 direnleri zerinden opampn evirmeyen giriine VLT=-2.1V civarnda bir gerilim uygulanr. Bu durumda D1 diyodu VDOY gerilimi ile ters yndekutupland iin kesimdedir. C1 kondansatr nce 0Va kadar dearj olacak ve daha sonraters ynde arj olacaktr. Belirli bir sre sonra opampn eviren ucundaki negatiflik,evirmeyen utaki VLT=-2.1Vdan daha byk olur. Bu anda opamp k tekrar VDOYdan+VDOYuma geer. Bylece k darbesi tamamlanm olur. Multivibratr tekrar kararl halegeer. Bu tip multivibratrlerde tek bir kararl durum olduundan monostablemultivibratr olarak adlandrlr.


69/125

69


3.4 GERLM/AKIM ve AKIM/GERLM

DNTRCLER

Endstriyel sistemlerde basn, s, scaklk, debi v.b gibi eitli fiziksel byklklerinllmesinde ve kontrol edilmesinde sensrlerden (transducers) yararlanlr. Sensrleringenellikle kullanm amalar yukarda belirtilen fiziksel byklkleri elektrikseliaretlere dntrmektir. Dntrme ilemi sonucunda elde edilen akm veya gerilimdeerleri endstride kullanlan standart deerler aralnda olmaldr.

Her hangi bir sensr knda elde edilen elektriksel byklk standart bir akm veyagerilim deerine dntrlr. Endstriyel uygulamalarda pek ok zaman elde edilen

standart ak

m veya gerilim deerlerinin birbirlerine dntrlmeleri gerekir. Bu trilevleri yerine getirmek amacyla akm/gerilim veya gerilim akm dntrclerindenfaydalanlr. Dntrc devrelerinin tasarm opampla gerekletirilir. Elektroniksistemlerde kullanlan balca iki tip dntrc vardr. Bunlar;

Gerilim/Akm Dntrcs Akm/Gerilim Dntrcs

olarak tanmlanmaktadr. Bu blm boyunca; gerilim/akm ve akm/gerilim dntrmeilemlerinin nasl gerekletirildiini inceleyerek gerekli analizleri yapacaz.

Gerilim/Akm DntrcElektronik devre uygulamalarnda her hangi bir devrenin giri iaret kayna genellikle birgerilim kaynaeklindedir. Eer, herhangi bir devrede giri gerilimine bal olarak bir kakm elde ediliyorsa bu tr sistem ve devrelere gerilim kontroll akm kayna denir. Bu trsistem veya devreler gerilim/akm dntrcs (Voltage-to-Current Converter) olarakda adlandrlmaktadr. Gerilim/Akm dntrc bir devrenin kndan elde edilecekakmn, giri gerilimiyle orantl olmas istenir. Opampla gerekletirilmi tipik birGerilim/akm dntrc devre ekil-3.25de grlmektedir.

Verilen bu devreyi nceki blmlerde evirmeyen ykselte olarak tanmlam ve analiziniyapmtk. Devrenin Gerilim/akm dntrc haline gelmesinin balca nedeni RL olaraktanmlanan yk direnci ve bu diren zerinden geen IL akmdr.

+VR1=V

RL

0V

_ +

V

R1

ILI

_

0AYk

V0

ekil-3.25 Topraksz ykler iin gerilim/akm dntrc devre


70/125

70


Devreyi dikkatlice incelediimizde RL zerinden geen IL akmnn tamamen V giri

gerilimine bal olduunu grrz. Devrede I=ILdir. Buradan IL deerini yazarsak;

L

L R

VII ==

olduu grlr. Formlden grld gibi IL akm tamamen giri gerilimi V deerinebamldr. ekil-3.25de verilen devrede RL yk direncinin herhangi bir ucu topraa baldeildir. Bu durum uygulamada baz sorunlara neden olabilir. Toprakl ykler iin ekil-3.26.ada grlen gerilim/akm torak dntrc devre gelitirilmitir.

+

R4

0V

_

V

(a)

R1

II

V0

R3

R2

RL

Yk

A

IL

+

R

0V

_

V

R

II

V0

R

R

RL Yk

VL

IL

(b)

VL

VL

ekil-3.26.a ve b Gerilim/Akm dntrc devre (toprakl) ve basitletirilmi hali

Bu devre iin A noktasndaki dm denklemini yazalm.

02

0

1

=

+

+R

VV

R

VVI L

L

L

dzenlenirsek; 0)()()()()( 1012221 =++ RVRVRVRVRRI LLL (Denklem-3.1)

elde edilir. deal bir opampn girilerindeki gerilim farknn 0V olduunu biliyoruz. Bunedenle evirmeyen girie uygulanan VL gerilimi, opampn eviren giri terminalinde degrlr. Buradan;

LLL RIV = ve43

0

RR

VI

+=

yazlabilir. Bu devrede; R3=R4 ve R1=R2 ise VL gerilimi; VL=Vo/2 olacaktr. Bu deer

denklem-3.1de yerine konulursa;

11

R

VIVRI LL ==

olacaktr. Bu sonu bize IL akmnn V giri gerilimi ile orantl ve RL yk direncindenbamsz olduunu belirtir.

ekil-3.26.ada verilen gerilim/akm dntrc devreyi daha basit hale getirmek iindevrede kullanlan direnleri R1=R2=R3=R4=R eklinde seebiliriz. Bu durumda devremizimdi ekil-3.26.bde verilen ekle dnr. Bu ise bize analiz kolayl salar.


71/125

71


rnek:3.9

zm

ekil-3.27de verilen gerilim/ak

m dntrc devrede;a. V1=5V, V2=2Vb. V1=0V, V2=2V

olduuna gre, her iki durum iin devrenin Vo k gerilimini ve IL yk akmnhesaplaynz.

+

R2

0V

_

V1

R1

IIR2

R1

RL

Yk

A

IL

10K 10K

1K

1K

2K

V2

ekil-3.27 Gerilim/akm dntrc devre ve analizi

Devrede Vo gerilimi ve IL yk akmn srasyla formle edelim.

2

20

2R

VVI

= 22

2

2022 )(2

VRR

VVVRIVL +

=+=

20 2 VVV L = (Denklem-3.2)

01

0

1

1 =

+

+R

VV

R

VVI LLL

Burada, denklem-3.2 yerine konularak IL akm yazlrsa,

1

21

R

VVIL

=

bulunur. Bulunan bu formlleri kullanarak problemi zmeye balayalm.

a) mAK

VV

R

VVIL 31

)25(

1

21 =

=

= VKmARIV LLL 623 ===

VVVV L 102622 20 ===

Documents

Analog Elektronik Dersleri 2 Bolum X 1 5