ELEKTRONİK LABORATUVARI DENEY FÖYÜ

(1)

OKÜ - ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ - ELEKTRONİK LABORATUVARI 1

OSMANİYE KORKUT ATA ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 2012

ELEKTRONİK LABORATUVARI

DENEY FÖYÜ

(2)

İÇİNDEKİLER

Giriş...3

Laboratuvar Kuralları ...4

Genel Bilgiler ve Uyarılar ...5

PSPICE Kullanım Kılavuzu ...6

Deney 0 – Elektronik Laboratuvarı ve Cihazları Tanıma ...11

Deney 1 – Diyot Karakteristikleri ...25

Deney 2 – Diyot Devreleri ...33

Deney 3 – Diyot Doğrultucu Devreleri ...42

Deney 4 – İki Kutuplu JonksiyonTransistör (BJT-BipolarJunction Transistor) ...55 Deney 5 – Alan Etkili Transistör (FET-FieldEffect Transistor) ...

Deney 6 – Frekans Cevabı ...

Deney 7 – Akım Kaynakları ve Aktif Yükler ...

Deney 8 – Fark Yükselteci ...

Deney 9 – Doğrusal İşlemsel Yükselteçler ...

Deney 10 – İşlemsel Yükselteç Parametreleri ...

Deney 11 – Doğrusal Olmayan İşlemsel Yükselteç Devreleri ...

Deney 12 – Ses Güç Yükselteçleri ...

Deney 13 – Gerilim Regülatörleri...

REFERANSLAR ...

(3)

OKÜ - ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Elektrik Elektronik Mühendisliği diğer mühendislik dalları gibi uygulamalı bir bilim dalıdır.

Laboratuvar deneyleri, derslerde verilen teorik bilgilerin fiziksel ortamda nasıl uygulanacağını sistemli bir şekilde ortaya koyar. Bu yüzden Elektrik Elektronik Mühendisliği öğreniminde laboratuvar deneylerinin çok önemli bir yeri vardır.

Şekil 1

Elektronik laboratuvarında III. dönemde verilen EEM modelleme ve IV. dönemde verilen EEM

yapılacaktır. Elektronik laboratuvarı deneyleri genel olarak üç kısımdan oluşmaktadır:

1. Ele alınan devrenin teorik olarak çözülerek istenen niceliklerin hesaplanması, 2. Hesap ve ölçüm ile elde edilen sonuçların PSPICE p

doğrulanması.

3. Devrenin board üzerine kurularak hesaplanan niceliklerin ölçülmesi,

Yukarıda verilen 1. ve 2. maddeler öğrenciler tarafından "ön çalışma" kapsamı içerisinde deneye gelmeden önce yapılıp hazırlanacaktır. Deneyleri bu şekilde gerçekleştiren öğrenciler, hem derste öğrendikleri analiz metodlarını gerçek devreler üzerinde tekra

hem de SPICE gibi popüler bir simülasyon programını kullanmayı öğrenmiş olacaklardır.

GİRİŞ

ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ - ELEKTRONİK LABORATUVARI

Laboratuvar deneyleri, derslerde verilen teorik bilgilerin fiziksel ortamda nasıl uygulanacağını rtaya koyar. Bu yüzden Elektrik Elektronik Mühendisliği öğreniminde laboratuvar deneylerinin çok önemli bir yeri vardır.

Şekil 1 – Elektronik Laboratuvar cihazları

Elektronik laboratuvarında III. dönemde verilen EEM-211 Elektronik Devre Elemanları lleme ve IV. dönemde verilen EEM-212 Analog Elektronik derslerinin uygulamaları yapılacaktır. Elektronik laboratuvarı deneyleri genel olarak üç kısımdan oluşmaktadır:

Ele alınan devrenin teorik olarak çözülerek istenen niceliklerin hesaplanması, Hesap ve ölçüm ile elde edilen sonuçların PSPICE programı kullanılarak simülasyon

Devrenin board üzerine kurularak hesaplanan niceliklerin ölçülmesi,

Yukarıda verilen 1. ve 2. maddeler öğrenciler tarafından "ön çalışma" kapsamı içerisinde deneye gelmeden önce yapılıp hazırlanacaktır. Deneyleri bu şekilde gerçekleştiren öğrenciler, hem derste öğrendikleri analiz metodlarını gerçek devreler üzerinde tekra

hem de SPICE gibi popüler bir simülasyon programını kullanmayı öğrenmiş olacaklardır.

3

Laboratuvar deneyleri, derslerde verilen teorik bilgilerin fiziksel ortamda nasıl uygulanacağını rtaya koyar. Bu yüzden Elektrik Elektronik Mühendisliği öğreniminde

211 Elektronik Devre Elemanları 212 Analog Elektronik derslerinin uygulamaları yapılacaktır. Elektronik laboratuvarı deneyleri genel olarak üç kısımdan oluşmaktadır:

Ele alınan devrenin teorik olarak çözülerek istenen niceliklerin hesaplanması,

rogramı kullanılarak simülasyonile

Devrenin board üzerine kurularak hesaplanan niceliklerin ölçülmesi,

Yukarıda verilen 1. ve 2. maddeler öğrenciler tarafından "ön çalışma" kapsamı içerisinde deneye gelmeden önce yapılıp hazırlanacaktır. Deneyleri bu şekilde gerçekleştiren öğrenciler, hem derste öğrendikleri analiz metodlarını gerçek devreler üzerinde tekrar etmiş olacaklar, hem de SPICE gibi popüler bir simülasyon programını kullanmayı öğrenmiş olacaklardır.

(4)

1. Laboratuvarlar programda belirtilen giriş ve çıkış saatlerine uygun olarak yapılır.

Deneylere 10 dakika ve daha fazla süre geç kalan öğrenciler deneye alınmaz.

2. Laboratuvara gelmeden önce öğrencilerin o gün yapacakları deneylere ait deney föyünü dikkatle okumaları ve deneyle ilgili teorik bilgileri çeşitli kaynaklardan öğrenmiş olmaları gerekir.

3. Deney föyünde istenilen “ön çalışma” deneye gelmeden önce öğrenci tarafından tamamlanmalıdır. Ön çalışmayı yapmayan öğrenci deneye alınmaz.

4. Geçerli bir sebepten dolayı deneye katılamayan öğrenciler (durumlarını resmi olarak belgelemek koşuluyla) yarıyıl sonunda belirlenecek olan telafi haftasında bu deneyi yapacaklardır. Birden fazla deneye katılmayan öğrenci ancak bir deneyi telafi edebileceklerinden diğer deneylere girmemiş ve sıfır almış kabul edileceklerdir.

5. Öğrencinin gelmediği deneyden alacağı not sıfırdır.

6. Raporlar, deneyin yapıldığı tarihten bir gün sonra teslim edilmelidir. Teslim edilmeyen raporların notu sıfır olarak belirlenecektir.

7. Teslim zamanından daha geç getirilen raporlar değerlendirilmeyecektir.

LABORATUVAR KURALLARI

(5)

1. Deneyin sorunsuz ilerleyebilmesi için öğrencilerin, deneyi yaptıran Araştırma Görevlilerinin tüm uyarı ve düzenlemelerine harfiyen uyması gerekmektedir.

2. Öğrenciler her masada iki kişi olacak şekilde gruplara ayrılacaktır. Grup arkadaşınızı seçme özgürlüğüne sahipsiniz. Diğer grupları rahatsız etmemek ve daha verimli bir çalışma ortamı sağlamak için laboratuvarda “ALÇAK SESLE” konuşmak zorunludur.

3. Cep telefonu, radyo, mp3 çalar gibi deney ölçümlerini etkileyebilecek veya başkalarını rahatsız edebilecek elektronik aletleri laboratuvar içinde kapalı tutunuz.

4. Çanta, mont vs. gibi eşyalarınızı deney masasının üzerine koymayınız.

5. Deney sırasında genel ahlak ve temizlik kurallarına uyulmaya özen gösterilmelidir.

Deney masalarının veya ekipmanların üzerine hiçbir şekilde yazı yazmayınız.

6. Deney masasında yiyecek ve içecek bulundurulmamalıdır.

7. Deney sonunda deney masası toparlanmalı, ilgili elektrik bağlantıları kesilerek, tabureler ve masa düzenli bir biçimde bırakılmalıdır.

8. Devreleri kurarken ve devre üzerinde değişiklik yapılırken (eleman ekleme/çıkarma, bağlantı değiştirme) gerilim kaynağı mutlaka kapalı olmalıdır.

9. Devreye gerilim verilmeden önce yapılan bağlantıların doğruluğu kontrol edilmelidir.

10. Tüm devrelerin besleme ve toprak hatlarının doğru olarak bağlandığından ve besleme gerilimi ile toprak hattı arasında kısa devre oluşmayacağından emin olunmalıdır.

GENEL BİLGİLER VE UYARILAR

(6)

PSPICE, California Üniversitesi tarafından geliştirilmiş bir elektronik devre benzetim programıdır. PSPICE programa giriş olarak “netlist” olarak adlandırılan metin tabanlı dosyaları kullanır. Netlist, devredeki elemanlarla birlikte, çeşitli model tanımlamalarını, benzetim tiplerini, ölçüm noktalarını, başlangıç şartlarını ve aritmetik işlemleri de içerebilir.

Bu çalışmada Linear Technogy firmasının bir ürünü olan SWCADIV programı üzerinde çeşitli çalışmalar yapılacaktır. SWCADIII (ORCAD benzeri) grafik tasarım ortamına sahip olan ve özellikle switch mode güç kaynağı tasarımı için yazılmış bir PSPICE klonudur. Bu program http://www.linear.com/ adresinden ücretsiz olarak indirilebilir. Bu çalışmada devre tasarımında grafik arayüz kullanılmayacak ve tüm tanımlamalar netlist üzerinden yapılacaktır.

Pspice ile ilgili temel kurallar aşağıda sıralanmıştır:

Netlist içerisindeki açıklama satırları “*” veya“$” işareti ile başlar.

Bir satıra sığmayacak parametre tanımlamaları, yeni satırın başlangıcında “+”

işaretiyle başlamalıdır.

Tanımlanan elemanlar tekrarlanamaz; yani R1 elemanından sadece bir adet bulunmalıdır.

Netlistte referans bir düğüm (0 numaralı) bulunmak zorundadır. Tüm hesaplamalar bu düğüme göre yapılır.

Netlist'in ilk satırı açıklama satırı olarak kabul edilir

Pspice büyük küçük harf ayrımı yapmaz. Pspice tarafından Rbir ve RBIR aynı eleman olarak algılanır.

Netlist “.end” komutuyla bitmelidir.

Netlist yapısı

Aşağıdaki şekilde DC analiz için devre örneği verilmiştir.

PSPICE KULLANIM KILAVUZU

(7)

Yukarıda verilen netlistin açıklaması aşağıda verilmiştir.

V1 1 0 12V ifadesi V1 isimli 12voltluk dc gerilim kaynağının birinci düğümle toprak arasında olduğunu gösterir.

R1 1 2 50 ifadesi R1 isimli 50 ohmluk direncin birinci ve ikinci düğüm arasında olduğunu gösterir.

R2 2 0 100 ifadesi R2 isimli 100 ohmluk direncin ikinci düğümle toprak arasında olduğunu gösterir.

R3 2 0 200 ifadesi R3 isimli 200 ohmluk direncin ikinci düğümle toprak arasında olduğunu gösterir.

.tran 100u ifadesi 100 mikro saniye boyunca transient analiz yapılacağını belirtir.

.PRINT dc i(r1) i(r2) i(r3) ifadesi dirençler üzerinden akacak akımları ekranda görmemizi sağlar.

.END ifadesi netlistin bittiğini belirtir.

PSPICE'da Tanımlamalar Eleman Tanımlamları

Direnç: R[isim] <+düğüm><-düğüm><değer>

Örneğin: r1 4 2 50k

Bobin: L[isim] <+düğüm><-düğüm><değer>

Örneğin: L1 4 2 50mH

Kapasite: C[isim] <+düğüm><-düğüm><değer>

Örneğin: c1 4 2 50uF

Diyot: D[isim] <+düğüm><-düğüm><model ismi>

Örneğin Dbir 1 2 D1

BJT: Q[isim] <kollektör<<beyz><emiter><taban><model ismi>

Örneğin: Q1 3 4 5 Bjt

MOS: M[isim] <drain><gate><source><substrate><model ismi> W=<kanal genişliği>

L=<kanal boyu>

Örneğin M1 drain 2 0 0 cmosn w=2u l=1u

Bağımsız kaynaklar

Voltaj kaynağı: V[isim] <+düğüm><-düğüm> DC <değer> AC <değer>

Akım kaynağı: I[isim] <+düğüm><-düğüm><değer>

Sinüs kaynağı: V[isim] <+düğüm><-

düğüm>sin(<offset><genlik><frekans><geçikme><df><faz>) Örneğin: V 1 2 sin(0.3V 1V 500Hz 0 500 0)

(8)

Bağımlı kaynaklar

Voltaj kontrollü voltaj kaynağı: E[isim] <+düğüm><-düğüm><+kontrol eden><+kontrol eden><kazanç>

Örneğin: E1 4 2 1 0 5

Akım kontrollü akım kaynağı:F[isim] <+düğüm><-düğüm><kontrol eden voltaj kaynağı><kazanç>

Örneğin: F1 4 2 Vo 2;Not:BuradakiV_o'ın gerilimi 0V'dır ve Pspice sadece üzerinden akan akımla ilgilenir.

Voltaj kontrollü akım kaynağı:G[isim] <+düğüm><-düğüm><+kontrol eden><+kontrol eden><kazanç>

Örneğin: G1 4 2 6 0 0.5

Akım kontrollü voltaj kaynağı: H[isim] <+düğüm><-düğüm><kontrol eden voltaj kaynağı><kazanç>

Örneğin: H1 4 2 Vo 2

PSPICE'la gerçekleştirilebilecek bazı analiz tipleri

.TRAN: Belli bir süre içinde transient analiz yapmakta kullanılır.

Örneğin: .tran 0 10ms .1ms ; 0 ile 10ms arasında, 0.1mslik artımlarla benzetim yapılır.

.DC: Belli bir kaynağın değerini belli aralıkta değiştirmek için kullanılır.

Örneğin: .DC Vs 0V 10V .1V ; V_s kaynağının değeri 0 ile 10V arasında 0.1Vluk artışlarla değiştirilir.

.AC: Devredeki AC kaynağın frekansını belli aralıkta değiştirir.

.TF: transfer fonksiyon anlamına gelir. Örneğin .TF V(5) V(6) ifadesi altıncı düğümdeki değişimlerin beşinci düğüme etkisini gösterir.

Alt devre

Netlist içinde sıklıkla kullanılacak yapılar alt devre olarak tanımlanabilir.

Alt devre tanımlama

.subckt<isim><alt devre düğümü><alt devre düğümü><alt devre düğümü>

....

Ends

Alt devre kullanma

X[isim] <üst devre düğümü><üst devre düğümü><üst devre düğümü>

(9)

Örneğin;

Uygulamalar

Seri Rezonans devresi (AC analiz uygulaması)

Bir RLC devresinde toplam empedans rezistif olduğu zaman devre rezonans durumundadır.

Endüktif ve kapasitifreaktanslar birbirlerini vektörel olarak yok ederse ve akım en yüksek değerini alır. Bunu sonucu olarak faz açısı sıfır olur. Böyle bir devrenin PSPICE ile analizi aşağıda verilmiştir.

Yarım Dalga Doğrultma devresi (.Tran analiz uygulaması)

(10)

Ortak Emiter Yapının çıkış karakteristiğinin elde edilmesi (.DC uygulaması)

Bu örnekte model ismi NPN olan bir transistör kullanılmıştır. Bu tanımlama .model komutuyla yapılmıştır.Model ismine ek olarak da transistörün akım kazancı 80 olarak tanımlanmıştır.

MOS çıkış karakteristiği

Bu örnekte www.mosis.org sitesinden alınan model tanımlaması mos.lib dosyasının içine yerleştirilmiştir. Daha önceki örneklere ek olarak model çağırma işlemi bu lib dosyasından yapılmaktadır. Burada N kanal MOS transistörün model ismi “cmosn”dır.

LM 741 kütüphanesi kullanarak eviren yükselteç