T.C.

ERZİNCAN ÜNİVERSİTESİ

Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

Elektronik Laboratuvarı II Deney Kitapçığı

Bölüm 1

Erzincan, 2018

Deney 1: İşlemsel Kuvvetlendiriciler (OPAMP)

1. Deneyin Amacı:

Deneyde işlemsel kuvvetlendiricilerin karakteristiklerinin öğrenilmesi ve bu elemanların kullanıldığı çeşitli uygulamaların yapılması amaçlanmaktadır.

2. Teorik Bilgiler:

2.1. İşlemsel Kuvvetlendiriciler:

İşlemsel kuvvetlendiriciler, çarpma, bölme, toplama, çıkarma, türev ve integral alma gibi matematiksel işlemleri yerine getirmek için tasarlamış aktif devre elemanlarıdır. Direnç, kapasitör gibi harici devre elemanları uçlarına bağlandığında bu matematiksel işlemleri yerine getirirler. İşlemsel kuvvetlendiriciler, çeşitli ölçü ve kontrol sistemlerindeki düzenleyici, osilatör, logaritmik kuvvetlendirici, tepe dedektörü ve gerilim karşılaştırıcısı gibi devrelerde de kullanılmaktadır. İşlemsel kuvvetlendiricinin gerilim kazancı çok yüksek olup farklı değerde olabilir. Tiplerine bağlı olarak on binden, bir milyon arasıdır, fakat daha çok kazançlı olanları da bulunabilir. Giriş dirençleri oldukça büyüktür: 103 ile 1015 Ohm arasındadır. Çıkış dirençleri ise çok küçük olup 1 ile 1000 Ohm arasındadır. Frekans sınırları DC’den başlayıp, GHz mertebelerine kadar çıkmaktadır. İşlemsel yükseltecin içinde yaklaşık 30 adet transistor, 10 adet direnç ve birkaç adet diyot bulunur. Yapısı yarı iletken entegre şeklinde olup hacimleri küçük ve maliyetleri oldukça düşüktür. Güç sarfiyatları az olup, kararlı oldukları için oldukça karmaşık sistemlerde çok sayıda kullanılabilirler.

2.2. İdeal İşlemsel Kuvvetlendirici:

Şekil 1-1. İşlemsel kuvvetlendiricinin devre sembolü

İdeal işlemsel kuvvetlendiricileri analiz etmek için kullanılan iki temel kural;

İşlemsel kuvvetlendiricilerin giriş uçlarında akım akmamaktadır. (Ip = 0 In = 0)

İşlemsel kuvvetlendiricilerin giriş uçları arasındaki gerilim düşümü sıfırdır.(Vp – Vn = 0)

İşlemsel yükseltecin iki giriş ve bir çıkış ucu vardır. Besleme kaynağı genellikle simetrik olup, buralara +V ve –V gerilimleri uygulanır.

Şekil 1-2. OPAMP 741 bacak bağlantıları

2.3. Gerilim İzleyici (Voltage follower, Buffer):

İşlemsel kuvvetlendiricinin sonsuza yaklaşan giriş direnci ve sıfıra yaklaşan çıkış direnci sayesinde Şekil 3’deki devre yardımıyla gerilim takipçisi devresi gerçekleştirilir.

Şekil 3. Gerilim İzleyici Devresi

Gerilim izleyicisinin giriş direnci çok büyük olduğu için kendisinden önceki devreyi yüklemez. Çıkış direnci çok küçük olduğundan, kendisinden sonraki devre için ideal gerilim kaynağı gibi davranır. Bu devrenin kazancı bir olarak düşünülebilir. Bu özelliklerinden dolayı buna izolasyon amplifikatörü veya buffer adı verilir.

2.4. İşaret Değiştiren (Eviren) Kuvvetlendirici (Inverting Amplifier):

Bu devre Şekil 4’deki gibidir. Burada Ri giriş direnci, Rf geri besleme direnci olup, devrenin girişine Vi(t) gerilim kaynağı bağlandığında, çıkışta V0(t) gerilim hesaplanması şekilde verilmiştir.

Şekil 4. Eviren Kuvvetlendirici

Çıkış gerilimi:

( ) ( )FO iİ

RV t V t

R

Gerilim Kazancı:

( )

( )O F

Vi İ

V t RA

V t R

2.5. İşaret Değiştirmeyen (Evirmeyen) Kuvvetlendirici (Non-inverting Amplifier):

Şekil 5. Evirmeyen Kuvvetlendirici

Devreden hareketle;

( ) 1 ( )Bo iA

RV t V t

R

Gerilim Kazancı:

( )1

( )O B

Vi A

V t RA

V t R

Görüldüğü gibi evirmeyen kuvvetlendirici devrelerinde gerilim kazancı her zaman 1’den büyüktür.

3. Malzeme ve Cihaz Listesi:

UA741C (Genel Amaçlı Opamp) Multimetre Deney seti veya breadboard Bağlantı kabloları Dirençler (1k, 3k3, 10k, 100k, 1M)

4. Deney Öncesi Hazırlıklar:

LM741 tüm devresinin katolog bilgilerini inceleyiniz. Eviren yükselteçler ile evirmeyen yükselteçler arsındaki farklar nelerdir, araştırınız

5. Deneyin Yapılışı

Şekil 6 ile verilen devreyi kurup 𝑉 ve 𝑉 gerilimlerini ölçünüz.

Şekil 6. Gerilim İzleyici Deney Devresi

Şekil 7 ile verilen devreyi kurup, 𝑉 , 𝑉 ve 𝑉 gerilimlerini ölçünüz.

Şekil 7. İşlemsel Kuvvetlendirici Uygulaması

Şekil 8 ile verilen devreyi kurup 𝑉 , 𝑉 ve 𝑉 gerilimlerini ölçünüz.

Şekil 8. İşlemsel Kuvvetlendirici Uygulaması

6. Deney Sonrası

Şekil 7. ve Şekil 8. ile verilen devrelerin 𝑉 değerini teorik olarak hesaplayınız. Devrelerde 3k3 direncinin yerine 10k direnci takılırsa çıkış değeri ne olurdu?

Devrelerin teorik değerleriyle deneyde elde edilen ölçüm değerini karşılaştırınız. Eğer varsa farkların sebeplerini açıklayınız.

Deney 2: İşlemsel Kuvvetlendirici Uygulamaları – I | Kısım 1

1. Deneyin Amacı:

Deneyde işlemsel kuvvetlendirici kullanılarak matematiksel işlemleri yapan devrelerin gerçekleştirilmesi amaçlanmaktadır. Deneyde toplayıcı ve integral alıcı devreler üzerinde durulacaktır.

2. Teorik Bilgiler:

2.1. Toplayıcı Devre (Summer):

Şekil.1’deki devre ile iki ya da daha fazla bağımsız giriş işaretinin toplamı (lineer kombinezonu) elde edilir. Bu devre, aynı zamanda çok girişli eviren toplayıcı devresidir.

Şekil 1. Topayıcı Devresi

Bu şekil matematiksel olarak analiz edilirse çıkış işareti aşağıdaki formüldeki gibi bulunur.

1 2 31 2 3

f f fo in in in

R R RV V V V

R R R

2.2. İntegral Alıcı Devre (Integrator)

Önceki deneyde verilen eviren kuvvetlendirici devresinde geri besleme direnci 𝑅 yerine kondansatör 𝐶 elemanı konularak Şekil.2’deki integratör devresi elde edilir. Çıkış gerilimi, giriş geriliminin integralidir.

Şekil 2. İntegratör

Çıkış işaretinin matematiksel ifadesi aşağıdaki formül ile verilmiştir.

0

0

1( ) ( ). ( )

.

t

iA

V t V t d tR C

Şekil.2’deki devrede giriş off-set geriliminin işlemsel kuvvetlendiriciyi bir süre sonra doyuma götürmesini engellemek için, C kapasitesine paralel bir Rs direnci bağlanır. Off-set gerilimi: İşlemsel kuvvetlendiricilerde karşılaşılan sorunlardan birisi de giriş gerilimlerinin sıfır olmasına rağmen, çıkış geriliminin sıfır olmamasıdır. Değişken işaretler kuvvetlendirilirken önemli olmayan bu durum, özellikle doğru gerilim kuvvetlendiricilerinde ve büyük kazançlı işlemsel kuvvetlendirici ile kurulan devrelerde problem oluşturmaktadır. Off-set gerilimi olarak adlandırılan bu gerilim, özellikle giriş katını oluşturan elemanların tam olarak özdeş olamaması ve eleman toleranslarından kaynaklanır. Ayrıca giriş kutuplama akımlarının eşit olamayışından doğacak off-set gerilimini ve bu gerilimin etkilerini gidermek için + uç ile toprak arasına RA direnci bağlanır.

Şekil 2-1. İntegral alıcı Devre

Devrenin bir integral alıcı olarak görev yapabilmesi için girişine uygulanan işaretin frekansı aşağıdaki gibi olmalıdır.

1

2 Sfi fc

R C

Eğer 𝑓𝑖 < 𝑓𝑐 olursa, devre eviren yükselteç olarak çalışır ve kazancı S

a

R

R olur.

3. Malzeme ve Cihaz Listesi:

UA741C (Genel Amaçlı Opamp) Multimetre Deney seti veya breadboard Bağlantı kabloları Dirençler (220,470,1k, 3k3, 10k, 100k) Kondansatörler (0.1uF)

4. Deney Öncesi Hazırlıklar:

Deneyin yapılışı kısmında verilen devreleri matematiksel olarak analiz ediniz. Deneyde ölçmeniz gereken gerilim ve akımları hesaplayınız.

5. Deneyin Yapılışı

Topayıcı ve fark alıcı devrelerini incelemek ve gerçekleştirmek için girişlere farklı gerilimler uygulanması gerekmektedir. Bu nedenle gerilim bölücü bir devre kullanılacaktır. Verilen örnek gerilim bölücü devre ile 3V ve 1V elde edilebilir.

Topayıcı Deney Adımları:

1. Toplayıcıyı gerçekleştirmek üzere Şekil.5 ile verilen devreyi kurunuz. 2. Opamp besleme gerilimleri için +15V ve -15V elde ediniz ve sırasıyla 7. ve 4. bacaklara

bağlayınız. 3. Gerilim bölücü devreyi kurunuz ve sabit 5V çıkışındaki gerilimden 1V ve 3V elde ediniz. 4. V1 = 1V ve V2 = 3V gerilimlerini uygulayınız. 5. Vo gerilimini ölçünüz. 6. Bulduğunuz sonuçları teorik sonuçlarla karşılaştırınız.

Şekil 2-2.Deney Devresi - Topayıcı

İntegral Alıcı Deney Adımları:

1. Integral alıcıyı gerçekleştirmek üzere Şekil.5 ile verilen devreyi kurunuz. 2. Devrenin girişine genliği tepeden tepeye 2V ve frekansı 1 KHz olan kare dalga

uygulayınız. 3. Devrenin girişini ve çıkışını sırasıyla osiloskopun 1. ve 2. kanalına bağlayınız. Sinyalleri

gözlemleyiniz. 4. Giriş ve çıkış sinyallerini çiziniz. 5. Bulduğunuz sonuçları teorik sonuçlarla karşılaştırınız. 6. Deneyi girişten (2) deki parametrelere sahip sinüs sinyal ile tekrar ediniz.

Şekil 5. Deney Devresi - İntegral Alıcı

6. Deney Sonrası

Deney raporunda yaptığınız tüm ölçümleri veriniz. Gerekirse tablolar kullanınız. Bulduğunuz sinyalleri çiziniz ve rapora ekleyiniz. Çizimler bilgisayar ortamında veya

milimetrik kâğıt kullanılarak yapılabilir. Deney raporunun tartışma bölümünde bulduğunuz sonuçları teorik sonuçlarla

karşılaştırınız ve yorumlayınız.

Deney 3: İşlemsel Kuvvetlendirici Uygulamaları – I | Kısım 2

1. Deneyin Amacı:

Deneyde işlemsel kuvvetlendirici kullanılarak matematiksel işlemleri yapan devrelerin gerçekleştirilmesi amaçlanmaktadır. Deneyde fark alıcı ve türev alıcı devreler üzerinde durulacaktır.

2. Teorik Bilgiler:

2.1. Fark Alıcı Devre

Temel fark alıcı devre, çıkarıcı amplifikatör (differance amplifier) veya farksal yükselteç olarakda isimlendirilir. Temel bir fark alıcı devresi Şekil.1'de gösterilmiştir. Devre dikkatlice incelendiğinde opamp’ın her iki girişinin de kullanıldığı görülmektedir. Devrenin temel çalışma prensibi eviren ve evirmeyen girişlerine uygulanan işaretlerin farkını almasıdır. Bu tip yükselteçler pek çok endüstriyel uygulamada sıklıkla kullanılırlar.

Şekil 1. Temel Fark Alıcı Devre

Devre analiz edildiğinde toplam çıkış gerilimi aşağıdaki gibi bulunur.

𝑉 = −𝑅

𝑅𝑉 + 1 +

𝑅

𝑅

𝑅

𝑅 + 𝑅𝑉

Bu devre için 𝑅 = 𝑅 ve 𝑅 = 𝑅 olarak seçilirse çıkış gerilimi

𝑉 = 𝑉 − 𝑉

olarak bulunur.

2.2. Türev Alıcı Devre

Türev alıcı devresi, genel olarak bir eviren yükselteç özelliğindedir. İntegral alıcı

devreden farklı olarak girişte direnç yerine bir kondansatör bulunmaktadır. Genel bir türev alıcı

devresi Şekil.2’de verilmiştir. Türev alıcı, girişinden uygulanan işaretin türevini alarak çıkışa

aktaran bir devredir.

Şekil 2. Türev Alıcı Devre

Burada V0 gerilimi aşağıdaki gibi bulunur:

𝑉 = −𝑅 . 𝑖

𝑖 = 𝐶𝑑𝑉

𝑑𝑡

𝑉 = −𝑅 . 𝐶

Bu denklemden de görüldüğü gibi çıkış gerilimi (V0), giriş geriliminin türevi ile orantılıdır.

3. Malzeme ve Cihaz Listesi:

UA741C (Genel Amaçlı Opamp) Multimetre Deney seti veya breadboard Bağlantı kabloları Dirençler (220,470,1k, 3k3, 10k, 100k) Kondansatörler (0.1uF,0.01uF)

4. Deney Öncesi Hazırlıklar:

Deneyin yapılışı kısmında verilen devreleri matematiksel olarak analiz ediniz. Deneyde ölçmeniz gereken gerilim ve akımları hesaplayınız.

5. Deneyin Yapılışı

Fark Alıcı Deney Adımları:

1. Fark alıcıyı gerçekleştirmek üzere Şekil.3 ile verilen devreyi kurunuz. 2. Opamp besleme gerilimleri için +15V ve -15V elde ediniz ve sırasıyla 7. ve 4. bacaklara

bağlayınız. 3. Gerilim bölücü devreyi kurunuz ve sabit 5V çıkışındaki gerilimden 1V ve 3V elde ediniz. 4. V1 = 1V ve V2 = 3V gerilimlerini uygulayınız. 5. Vo gerilimini ölçünüz. 6. Bulduğunuz sonuçları teorik sonuçlarla karşılaştırınız.

Şekil 3. Deney Devresi - Fark Alıcı

Türev Alıcı Deney Adımları:

1. Türev alıcıyı gerçekleştirmek üzere Şekil.4 ile verilen devreyi kurunuz. 2. Devrenin girişine genliği tepeden tepeye 2V ve frekansı 1 KHz olan üçgen sinyal

uygulayınız. 3. Devrenin girişini ve çıkışını sırasıyla osiloskopun 1. ve 2. kanalına bağlayınız. Sinyalleri

gözlemleyiniz. 4. Giriş ve çıkış sinyallerini çiziniz. 5. Bulduğunuz sonuçları teorik sonuçlarla karşılaştırınız. 6. Deneyi girişten (2) deki parametrelere sahip sinüs sinyal ile tekrar ediniz.

Şekil 4. Deney Devresi - Türev Alıcı

6. Deney Sonrası

Deney raporunda yaptığınız tüm ölçümleri veriniz. Gerekirse tablolar kullanınız. Bulduğunuz sinyalleri çiziniz ve rapora ekleyiniz. Çizimler bilgisayar ortamında veya

milimetrik kâğıt kullanılarak yapılabilir.

Deney raporunun tartışma bölümünde bulduğunuz sonuçları teorik sonuçlarla karşılaştırınız ve yorumlayınız.

Türev alıcı devrede kullanılan 𝐶 kondansatörü devreye neden bağlanmıştır? Araştırınız ve ulaştığınız sonuçları raporda belirtiniz.

Deney 4: İşlemsel Kuvvetlendirici Uygulamaları – Frekans Cevabı

1. Deneyin Amacı:

Bu deneyde temel işlemsel kuvvetlendirici devrelerinin özelliklerinin AC gerilim altında incelenmesi, gerilim izleyici ve kuvvetlendirici devrelerinin anlaşılması, Op-amp için kazanç ve bant genişliği kavramlarının anlaşılması amaçlanmaktadır.

2. Teorik Bilgiler

Off-set: İdeal işlemsel yükseltecin giriş gerilimi sıfır olduğunda çıkış gerilimi de sıfır olur. Ancak gerçekte işlemsel yükseltecin devresindeki düzensizlikler nedeniyle giriş sıfır olduğunda çıkış sıfır olmaz. Bu gerilim seviyesi ofset olarak adlandırılır. Bazı işlemsel yükselteçlerinde off-set gerilimini sıfırlamak için özel uçlar bulunur. CMRR: Genel Mod Ret Oranı CMMR veya ρ ile gösterilir ve mümkün olduğunca büyük olması istenir. Açık Çevrim Kazancı: Açık çevrim kazancı çok büyük olup ideal işlemsel yükselteç için değeri sonsuzdur. Kapalı Çevrim Kazancı: Açık çevrim kazancı çok büyük olduğu için işlemsel yükselteç kolaylıkla doyuma ulaşmaktadır. Bu durum çoğu uygulama için kullanışsızdır. Kapalı çevrimde negatif geri belseme ile kazancın kontrol edilebilir olması sağlanır. Dönme Hızı (Slew Rate, SR): İşlemsel yükseltecin sinyal iletim hızı dönme hızı ile ifade edilir. Dönme hızı işlemsel yükseltecin yüksek frekanslı işaretleri iletme kapasitesini göstermektedir. Genelde dönme hızı büyük olan işlemsel yükselteçlerin bant genişlikleri de büyüktür. Bant Genişliği: İdeal işlemsel yükseltecin bant genişliği sonsuzdur. Fakat gerçekte bant genişliği sınırlı olup, değeri işlemsel yükseltece ait veri dosyasında yazmaktadır.

2.1. İşlemsel Kuvvetlendiriciler ve Temel Op-amp Devreleri

İşlemsel kuvvetlendiriciler; çarpma, bölme, toplama, çıkarma, türev ve integral alma gibi matematiksel işlemleri yerine getirmek için tasarlanmış aktif devre elemanlarıdır. İşlemsel kuvvetlendiriciler, çeşitli ölçü ve kontrol sistemlerindeki regülatör, osilatör, logaritmik kuvvetlendirici, tepe dedektörü ve gerilim karşılaştırıcısı gibi devrelerde kullanılmaktadır. Op-ampların en temel uygulamalarından biri yükselteç (amplifikatör) tasarımıdır. Yükselteçler; girişlerine uygulanan elektriksel işaretleri yükselterek (kuvvetlendirerek) çıkışlarına aktaran sistemlerdir. Kaliteli bir yükselteç, kuvvetlendirme işlemi esnasında giriş ve çıkış işaretlerinde herhangi bir bozulmaya (distorsiyona) sebep olmaz.

2.2. Eviren Yükselteç

Temel bir eviren yükselteç devresi Şekil.1’de verilmiştir. Devrede dolaşan akımlar ve gerilim düşümleri devre üzerinde ayrıntılı olarak gösterilmiştir. Bir eviren yükselteç devresinin kazancı aşağıdaki denklem ile ifade edilir.

Şekil.1 Eviren Yükseltgeç

2.3. Eviren Toplayıcı

Temel eviren yükselteç devresindeki negatif terminale tek giriş yerine, Şekil.2'deki gibi birçok giriş işareti bağlanırsa op-amp eviren toplayıcı olarak çalışır. Eviren toplayıcı devre, girişine uygulanan işaretleri toplayarak çıkışına aktarır. Bu durumda bir eviren toplayıcı devresi için çıkış gerilimi aşağıdaki denklem ile ifade edilir.

Şekil.2 Eviren toplayıcı devresi

2.4. Evirmeyen Yükselteç

Op-ampların temel uygulamalarından bir diğeri ise evirmeyen yükselteç devresidir. Bu devrede yükseltilecek işaret op-amp’ın evirmeyen girişine uygulanmaktadır. Evirmeyen yükselteç devresinde giriş işareti ile çıkış işareti aynı fazdadır. Yani giriş ile çıkış işareti arasında faz farkı yoktur. Temel bir evirmeyen yükselteç devres Şekil.3’de verilmiştir.

Şekil.3 Evirmeyen Yükselteç Devresi

Bir evirmeyen yükselteç devresinde kapalı çevrim kazancı (ACL) aşağıdaki denklem ile verilir.

2.5. Evirmeyen Toplayıcı

Evirmeyen yükselteç kullanılarak toplama işlemi yapılabilir. Evirmeyen toplayıcı yükselteç uygulamasında toplanacak işaretler, op-ampın evirmeyen girişine uygulanır. Op-amp çıkışında ise bu işaretlerin toplamı alınır. Tipik bir evirmeyen toplayıcı devresi Şekil.4’de görülmektedir.

Şekil.4 Evirmeyen Toplayıcı

R1=R2=R olarak alınırsa çıkış gerilimi V0 aşağıdakiler gibi ifade edilir;

2.6. Gerilim İzleyici Devre

Gerilim izleyici devre, evirmeyen yükselteç devresinin özel bir halidir. Temel bir gerilim izleyici devre Şekil.5’te verilmiştir. Bu devrede Rf geri besleme direnci kullanılmamış, geri besleme direkt yapılmıştır. Op-amp girişleri arasında gerilim farkı olmadığından çıkış gerilimi Vo, giriş gerilimi ile aynıdır (Vo = Vin). Devrede gerilim kazancı yoktur. Bu nedenle bu tip devrelere gerilim izleyicisi denir.

Şekil.5 Gerilim izleyici devre

2.7. Türev Alıcı Devre

Türev alıcı devresi, genel olarak bir eviren yükselteç özelliğindedir. Fark olarak girişte R1 direnci yerine C kondansatörü bulunmaktadır. Genel bir türev alıcı devresi Şekil.6’da verilmiştir. Türev alıcı, girişinden uygulanan işaretin türevini alarak çıkışa aktaran bir devredir.

Şekil.6 Türev alıcı devre

Burada V0 gerilimi aşağıdaki gibi bulunur:

Bu denklemden de görüldüğü gibi çıkış gerilimi (V0), giriş geriliminin türevi ile orantılıdır.

2.8. İntegral Alıcı

Entegral alıcı devre, girişe uygulanan işaretin entegralini alarak çıkışa aktarır. Bu işlemi gerçekleştiren bir entegral alıcı devre Şekil.7’de gösterilmiştir. Görüldüğü gibi bu devrede geri besleme bir kondansatör yardımı ile yapılmaktadır.

Şekil.7 İntegral Alıcı Devre

Çıkış gerilimi ise aşağıdaki gibi bulunur.

3. Malzeme Listesi

LM 741C (Genel Amaçlı Opamp)

Multimetre

Bağlantı kabloları

Direncler (10k, 1M)

Kondansator (1nF)

4. Deneyin Yapılışı

Uygulama 1 - Deney Adımları:

1. Şekil.8 ile verilen devreyi kurunuz. 2. Kaynağın frekansını Tablo.1’de verilen değerlere ayarlayarak her adım için V1 ve V2’nin

tepeden tepeye olan gerilimlerini ve gerilim kazancının genliğini (|Av|) ölçüp tabloya aktarınız

3. Voltaj kazancının maksimum genliğini ( ) bulunuz. 4. -3 dB frekansının (f-3dB) hangi frekans olduğunu bulunuz.

Şekil.8 Deney Devresi 1

Frekans V1(p-p) V2(p-p) |Av|

1 khz 10 V

10 khz

100 khz

400 khz

1 Mhz

1.5 Mhz

2 Mhz

3 Mhz

|Av| maks = ? f -3 dB = ?

Tablo.1. Frekans-Gerilim Tablosu

Uygulama 2 - Deney Adımları:

1. Şekil.9 ile verilen devreyi kurunuz. 2. Kaynağın frekansını Tablo.2’de verilen değerlere ayarlayarak her adım için V1 ve V2’nin

tepeden tepeye olan gerilimlerini ve gerilim kazancının genliğini (|Av|) ölçüp tabloya aktarınız

3. Voltaj kazancının maksimum genliğini ( ) bulunuz. 4. -3 dB frekansının (f-3dB) hangi frekans olduğunu bulunuz.

Şekil.9. Deney Devresi 2

Frekans V1(p-p) V2(p-p) |Av|

100 hz 10 V

1 khz

7 khz

10 khz

15 khz

20 khz

30 khz

|Av| maks = ? f -3 dB = ?

Tablo-2. Frekans-Gerilim Tablosu

Uygulama 3 - Deney Adımları:

1. Şekil.10 ile verilen devreyi kurunuz. 2. Kaynağın frekansını Tablo.3 verilen değerlere ayarlayarak her adım için V1 ve V2’nin

tepeden tepeye olan gerilimlerini ve gerilim kazancının genliğini (|Av|) ölçüp tabloya aktarınız

3. Voltaj kazancının maksimum genliğini ( ) bulunuz. 4. -3 dB frekansının (f-3dB) hangi frekans olduğunu bulunuz.

Aşağıdaki devreyi kurunuz.

Şekil.10 Deney Devresi 3

Frekans V1(p-p) V2(p-p) |Av|

10 hz 10 V

80 hz

110 hz

160 hz

200 hz

270 hz

360 hz

490 hz

750 hz

|Av| maks = ? f -3 dB = ?

5. Deney Sonrası

Birinci ve ikinci deneyde UA741 yerine MC34001 kullanılırsa sizce sonuclar nasıl değişir? Araştırınız ve yorumlayınız.

İkinci devre yapısı icin devrenin giris direncini ve kazancını hesaplayınız. Üçüncü devredeki kondansatoru, 10 kW’luk dirence seri bağlayarak devrenin Bode

eğrisini çizdiriniz ve rapora ekleyiniz.

Tablo.3. Frekans-Gerilim Tablosu

Deney 5: Diferansiyel Yükseltgeçler

1. Deneyin Amacı:

Bu deneyde diferansiyel yükselteç devrelerinin incelenmesi ve çalışma prensiplerinin anlaşılması amaçlanmaktadır.

2. Teorik Bilgiler

Farksal yükselteç, opamp tasarımında kullanılan ilk bloktur. Opamp tasarımında bir veya birkaç adet fark yükselteci kullanılır. Fark yükselteci, opamp’ın temel özelliklerini ve işlevlerini gerçekleştiren devredir.

Farksal yükselteç (diferansiyel yükselteç, differantial amplifier) devresi Şekil 2-1'de

gösterilmiştir. Bu yükselteç; iki ayrı giriş terminali ve bir adet de çıkış terminaline sahiptir. Farksal yükseltecin, temel işlevlerinden birisi girişlerine uygulanan iki ayrı sinyalin farkını alması ve yükseltmesidir.

Şekil 5-1. Diferansiyel Yükseltgeç Blok Şeması

İdeal bir diferansiyel yükseltecin çıkış sinyali V0 aşağıda verilmiştir. Fakat gerçek (pratik) bir fark yükseltecinde bu formül elde edilemez.

0 1 2.DV A V V AD= Farksal (diferansiyel) yükseltme miktarıdır. Pratikde çıkış gerilimi V0; iki sinyalin farkına (VD) ve ortak mod sinyaline (VC) bağımlıdır. Bu değerler aşağıda verildiği gibi formüle edilirler.

1 2DV V V

1 21

2Vc V V

Bu durumda ideal bir diferansiyel yükseltecin çıkış sinyali şu şekilde düzenlenebilir.

0 1 1 2 2V AV A V 1 2

2DA A

A

1 2CA A A

0 C C D DV V A V A A1 ve A2 = Giriş sinyallerine bağlı olarak şaseye göre oluşan amplifikasyon değeri AD= Giriş sinyallerinin farkının kazancı AC= Girişin iki terminalindeki sinyalin ortak kazancı

Diferansiyel yükseltecin kalitesini tayin etmek amacı ile AD ve AC arasındaki orana bakılır. Bu oran ortak mod eleme oranı (Commen Mode Rejetion Ratio-CMRR) olarak isimlendirilir ve aşağıdaki gibi ifade edilir.

D

C

ACMRR

A

CMRR değeri iyi bir diferansiyel yükselteçde 1000 ile 10000 arasında bir değerde olmalıdır. İdeal bir diferansiyel yükselteçte ise sonsuzdur. Bu değer kataloglarda desibel olarak ifade edilir. CMRR değerinin desibel olarak ifadesi ise aşağıdaki gibi ifade edilir.

( ) 20log D

C

ACMRR dB

A

2.1. Emiter Kuplajlı Fark Yükseltici

Transistörlü temel bir fark yükselteci Şekil 2-2’de verilmiştir. Devre simetrik bir yapıya sahiptir. Fakat transistörlerin özellikleri ve sıcaklık etkisinden dolayı mutlak bir simetrilik söz konusu değildir. Bundan dolayı difamp girişlerine uygulanan VS1 ve VS2 gerilimleri eşit olsa bile dengesizlikten dolayı çıkış gerilimi sıfır olmayacaktır. [V0=AD(VS1-VS2)]

Şekil 5-2. Emitör Kuplajlı transistörlü diferansiyel yükselteç devresi

2.2. Sabit Akım Kaynaklı Diferansiyel Yükselteç

Kaliteli bir diferansiyel yükselteç oluşturmak için, Şekil 2-3'de görülen fark yükseltecinin emiter devresine transistörlü sabit bir akım kaynağı eklenmiştir. Şekil 2-3'de görülen bu devre dikkatle incelenirse ilave edilen transistör ortak beyz bağlantılıdır.

Bu bağlantıda kollektör devresinin çıkış direnci oldukça yüksektir. (Bir kaç KΩ civarında) Bu direnç yükselteç transistörlerinin iki emiterinin de ortak direncidir. Böylece yükselteç çok yüksek ortak mod eleme oranı (CMRR) sağlayarak, ideal bir farksal yükselteç halini alır.

Şekil 5-3.Sabit akım kaynaklı farksal yükselteç

İdeale yaklaşmak amacıyla Şekil 2-4’teki farksal yükselteç devresi düzenlenmiştir. Bu devrede, her iki transistörün ortak olan emiter uçlarına bir ayarlı direnç bağlanmıştır. Bu direnç ayarlanarak iki transistörün emiterinden eşit akım akması sağlanır. Böylece devrede maksimum simetrilik sağlanmış olur.

Şekil 5-4. Ayarlı Sabit akım kaynaklı Farksal Yükselteç

3. Malzeme Listesi

Multimetre

Bağlantı kabloları

Transistör (3 adet)

Dirençler : 2x6.2k, 2x1.8k, 2x27k, 1k,7k,2.4k

Kapasitör : 2x10uF, 100uF

4. Deneyin Yapılışı

Uygulama 1

Şekil 4-1 ile verilen devreyi kurunuz.

Şekil 5-5. Diferansiyel Yükselteç Devresi

V1 ve V2 gerilimlerini devreye uygulayınız. Frekansı 5 kHz , tepeden tepeye voltaj değerini(p-p)

ise 10 mV olarak ayarlayınız.

Vo1 ve Vo2 çıkış gerilimlerini bularak, Vout=Vo1-Vo2 gerilimini hesaplayınız.

V1 ve V2 gerilimlerini devreye uygulayınız. V1=0 V olarak ayarlayınız. V2’nin frekansını 5 khz,

tepeden tepeye voltaj değerini (p-p) ise 10 mV olarak ayarlayınız. Ve sonrasında,

Vo1 ve Vo2 çıkış gerilimlerini bulunuz.

Vout=Vo1-Vo2 gerilimini bulunuz. CMRR değerini hesaplayınız.

Uygulama 2

Şekil 4-2 ile verilen devreyi kurunuz.

V1 ve V2 gerilimlerini devreye uygulayınız. V1=0 V olarak ayarlayınız. V2’nin frekansını 5 kHz,

tepeden tepeye voltaj değerini (p-p) ise 10 mV olarak ayarlayınız.

Vo1 ve Vo2 çıkış gerilimlerini bularak Vout=Vo1-Vo2 gerilimini bulunuz. CMRR değerini

hesaplayınız.

Şekil 5-6. Diferansiyel Yükselteç Devresi.

5. Deney Sonrası

1. Deneyde ölçtüğünüz değerleri raporda belirtiniz.

2. Deney sonuçları ile teorik olarak hesapladığınız değerleri karşılaştırınız ve

yorumlayınız.

Deney 6: Schmitt Tetikleme Devresi (Schmitt Trigger)

1. Deneyin Amacı

İşlemsel kuvvetlendiricilerin Schmitt tetikleyici olarak tasarlanmasını ve uygulamasını gerçekleştirmektir.

2. Teorik Bilgiler

Schmitt tetikleme devresi, pozitif geribeslemeli bir gerilim karşılaştırıcıdır. Schmitt tetikleme devresiyle gerilim karşılaştırıcı arasındaki fark; Schmitt tetikleme devresinde giriş geriliminin bir V11 değerinde, çıkış geriliminin Vo1 değerinden V02 değerine sıçraması, geriye doğru gidildiğinde bundan daha farklı bir V12 giriş geriliminde Vo2 değerinden Vo1 değerine geri dönmesidir. Schmitt tetikleme devresinde bir histerezis davranışı sözkonusudur. Schmitt tetikleme devresinin giriş-çıkış karakteristiği şekil Şekil 6-1'de verilmiştir. Bu çalışma şekli, işlemsel kuvvetlendiriciye uygulanan pozitif geribesleme ile sağlanmaktadır. Schmitt tetikleme devresinin sağladığı en önemli yarar, çok yavaş değişen bir giriş dalga şeklini, keskin değişim gösteren bir çıkış dalga şekline çevirmesidir. Şekil Şekil 6-2'de bir Schmitt tetikleme devresi görülmektedir. İşlemsel kuvvetlendiriciye, çıkışıyla faz döndürmeyen girişi arasına bir Rp direnci bağlanarak pozitif geri besleme uygulanmıştır. Yine bu girişe bağlı olan R1 direncinin diğer ucu ise referansa bağlanmıştır. İşlemsel kuvvetlendiricinin faz döndürmeyen girişinde, çıkıştaki sıçramanın oluşturduğu gerilimler,

111 0max

1 P

RV V

R R

112 0min1 P

RV V

R R

şeklinde ifade edilirler. Bu bağıntılarda, Vomaks çıkış geriliminin alacağı maksimum değer, Vomin ise minimum değerdir. Konum değiştirme işlemi, V1 = V11 veya V1 = V12 olması halinde gerçekleşir. V1 > V11 olması halinde Vo gerilimi Vomin değerine, V1 < V12 olması durumunda ise Vomaks değerine sıçrar. Devrenin histerezisi

1 0max 0min1 P

RV V V

R R

bağıntısı ile belirlenir. Devrenin üçgen biçimli bir giriş işareti için vereceği çıkış gerilimi şekil Şekil 6-3'de görülmektedir.

Şekil 6-1. Temel Schmitt tetikleme devresi

Şekil 6-2. Schmitt tetikleme devresinin giriş-çıkış karakteristiği

Şekil 6-3. Schmitt tetikleme devresinde giriş ve çıkış gerilimlerinin değişimi

3. Malzeme Listesi:

UA 741C (Opamp)

Multimetre

Dirençler

4. Deney Öncesi Hazırlıklar:

1. LM741 tümdevresinin katolog bilgilerini inceleyiniz.

2. Schmitt Trigger devresinin çalışma prensibini öğreniniz.

5. Deneyin Yapılışı:

Lütfen aşağıdaki adımları takip ediniz. Deney Adımları:

1. Schmitt tetikleme devresini gerçeklemek üzere Şekil 6-4 ile verilen devreyi kurunuz. 2. Devrenin girişine genliği tepeden tepeye 2V ve frekansı 1 KHz olan sinüs işareti

uygulayınız. 3. Devrenin girişini ve çıkışını sırasıyla osiloskopun 1. ve 2. kanalına bağlayınız. Sinyalleri

gözlemleyiniz. 4. Giriş ve çıkış sinyallerini çiziniz. 5. UTP, LTP, Vsat ve –Vsat değerlerini hesaplayınız. 6. Osliloskopun X-Y modunu kullanarak histeresis eğrisini bulmaya çalışınız. 7. Deneyi R1 Değeri 5k ve 15k olacak şekilde tekrar ediniz. Etkileri gözlemleyiniz.

Şekil 6-4. Deney Devresi

İpucu: Deney sonucunda teorik olarak beklenen işaretler, UTP, LTP, Vsat ve –Vsat değerleri Şekil 6-5 ile verilmiştir.

Şekil 6-5. Giriş ve Devreden Beklenen Çıkış İşaretleri

İpucu: Ölçtüğünüz değerleri deney raporunda Tablo 6-1 örneğindeki gibi yazabilirsiniz.

Tablo 6-1. Sonuçlar

Parametre Teorik Deneysel Tepeden Tepeye Gerilim (V) Sinyalin Periyodu (ms) UTP LTP Vsat -Vsat