ELEKTRONİK LABORATUVARI 2 DENEY KİTAPÇIĞI ERZİNCAN BİNALİ YILDIRIM ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 2019, ERZİNCAN

(1)

ELEKTRONİK LABORATUVARI 2 DENEY KİTAPÇIĞI

ERZİNCAN BİNALİ YILDIRIM ÜNİVERSİTESİ

ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 2019, ERZİNCAN

(2)

(3)

iii

İçindekiler

Deney 1: Transistör Uygulaması ... 1—9 1. Deneyin Amacı ... 1—9 2. Teorik Bilgiler ... 1—9 3. Deney Öncesi ... 1—11 4. Deneyin Yapılışı ... 1—11 4.1. Malzeme Listesi ... 1—11 4.2. Deney Adımları ... 1—11 5. Deney Sonrası ... 1—12 Deney 2: İşlemsel Kuvvetlendiriciler ... 2—13 1. Deneyin Amacı ... 2—13 2. Teorik Bilgiler ... 2—13 2.1. İşlemsel Kuvvetlendiriciler ... 2—13 2.2. İdeal İşlemsel Kuvvetlendirici ... 2—13 2.3. Gerilim İzleyici (Voltage follower, Buffer) ... 2—14 2.4. İşaret Değiştiren (Eviren) Kuvvetlendirici (Inverting Amplifier) ... 2—14 2.5. İşaret Değiştirmeyen (Evirmeyen) Kuvvetlendirici (Non-inverting Amplifier) . 2—15 3. Deney Öncesi ... 2—15 4. Deneyin Yapılışı ... 2—15 4.1. Malzeme Listesi ... 2—15 4.2. Deney Adımları ... 2—16 5. Deney Sonrası ... 2—17 Deney 3: İşlemsel Kuvvetlendirici Uygulamaları ... 3—19 1. Deneyin Amacı ... 3—19 2. Teorik Bilgiler ... 3—19 2.1. Toplayıcı Devre (Summer) ... 3—19 2.2. Fark Alıcı Devre (Differential Amplifier) ... 3—19 2.3. Türev Alıcı Devre (Differentiator) ... 3—20 2.4. İntegral Alıcı Devre (Integrator) ... 3—21 3. Deney Öncesi ... 3—21 4. Deneyin Yapılışı ... 3—21 4.1. Malzeme Listesi ... 3—21 4.2. Deney Adımları ... 3—21

(4)

iv

5. Deney Sonrası ... 3—24 Deney 4: İşlemsel Kuvvetlendiricilerin Frekans Cevabı... 4—25 1. Deneyin Amacı ... 4—25 2. Teorik Bilgiler ... 4—25 2.1. İşlemsel Kuvvetlendiriciler ve Temel Op-amp Devreleri ... 4—25 3. Deney Öncesi ... 4—25 4. Deneyin Yapılışı ... 4—26 4.1. Malzeme Listesi ... 4—26 4.2. Deney Adımları ... 4—26 5. Deney Sonrası ... 4—27 Deney 5: Aktif Filtreler - 1 ... 5—29 1. Deneyin Amacı ... 5—29 2. Teorik Bilgiler ... 5—29 2.1. Yapım Elemanlarına Göre Fitreler ... 5—29 2.2. Çalışma Presibine Göre Filtreler ... 5—29 3. Deney Öncesi ... 5—30 4. Deneyin Yapılışı ... 5—31 4.1. Malzeme Listesi ... 5—31 4.2. Deney Adımları ... 5—31 5. Deney Sonrası ... 5—33 Deney 6: Aktif Filtreler - 2 ... 6—35 1. Deneyin Amacı ... 6—35 2. Teorik Bilgiler ... 6—35 2.1. Bant Geçiren Filtre (Band Pass Filter) ... 6—35 2.2. Bant Durduran Filtre (Band Reject Filter) ... 6—36 3. Deney Öncesi ... 6—37 4. Deneyin Yapılışı ... 6—37 4.1. Malzeme Listesi ... 6—37 4.2. Deneyin Adımları ... 6—37 5. Deney Sonrası ... 6—39 Deney 7: Karşılaştırıcı devreleri ... 7—41 1. Deneyin Amacı:... 7—41 2. Teorik Bilgiler: ... 7—41

(5)

v

3. Deney Öncesi ... 7—42 4. Deneyin Yapılışı:... 7—42 4.1. Malzeme listesi ... 7—42 4.2. Deney Adımları ... 7—42 5. Deney Sonrası ... 7—43 Deney 8: Schmitt Tetikleyici Uygulamaları... 8—45 1. Deneyin Amacı:... 8—45 2. Teorik Bilgiler: ... 8—45 2.1. Schmitt Tetikleyici ... 8—45 3. Deney Öncesi: ... 8—47 4. Deneyin Yapılışı ... 8—47 4.1. Malzeme Listesi: ... 8—47 4.2. Deney Adımları ... 8—47 5. Deney Sonrası ... 8—47 Deney 9: Osilatörler ... 9—49 1. Deneyin Amacı ... 9—49 2. Teorik Bilgiler ... 9—49 2.1. Osilasyon ve Osilatör Tanımı ... 9—49 2.2. Kullanım alanları ... 9—50 2.3. Osilatör çeşitleri ... 9—50 3. Deney Öncesi ... 9—53 4. Deneyin Yapılışı ... 9—53 4.1. Malzeme Listesi ... 9—53 4.2. Deneyin Adımları ... 9—53 5. Deney Sonrası ... 9—54

(6)

vi

(7)

vii

Şekiller Dizini

Şekil 1-1. Ortak Emitörlü Kuvvetlendirici ... 1—9 Şekil 1-2. Ortak emitörlü yükseltecin AC eşdeğeri... 1—10 Şekil 1-3. Gerilim Bölücü Besleme Devresi ... 1—11 Şekil 1-4. Ortak Emitörlü Kuvvetlendirici ... 1—12 Şekil 2-1. İşlemsel kuvvetlendiricinin devre sembolü ... 2—13 Şekil 2-2. Gerilim İzleyici Devresi ... 2—14 Şekil 2-3. Eviren Kuvvetlendirici... 2—14 Şekil 2-4. Evirmeyen Kuvvetlendirici ... 2—15 Şekil 2-5. Gerilim İzleyici Deney Devresi ... 2—16 Şekil 2-6. Evirmeyen Kuvvetlendirici Deney Devresi ... 2—16 Şekil 2-7. Eviren Kuvvetlendirici Deney Devresi ... 2—17 Şekil 3-1. Toplayıcı Devresi... 3—19 Şekil 3-2. Temel Fark Alıcı Devre ... 3—20 Şekil 3-3. Türev Alıcı Devre ... 3—20 Şekil 3-4. İntegral alıcı devre ... 3—21 Şekil 3-5. Gerilim bölücü devre ... 3—22 Şekil 3-6.Deney Devresi - Toplayıcı ... 3—22 Şekil 3-7. Deney Devresi - Fark Alıcı ... 3—23 Şekil 3-8. Deney Devresi - Türev Alıcı... 3—23 Şekil 3-9. Deney Devresi - İntegral Alıcı ... 3—24 Şekil 4-1. Gerilim izleyici deney devresi ... 4—26 Şekil 4-2. Eviren yükselteç deney devresi ... 4—27 Şekil 4-3. İntegral alıcı deney devresi ... 4—27 Şekil 5-1. Filtre Sınıfları... 5—29 Şekil 5-2. Alçak Geçiren Filtre Karakteristiği ... 5—30 Şekil 5-3. Yüksek Geçiren Filtre Karakteristiği ... 5—30 Şekil 5-4. Uygulama Devresi-1 ... 5—31 Şekil 5-5. Uygulama Devresi-2 ... 5—32 Şekil 5-6. Uygulama Devresi-3 ... 5—32 Şekil 6-1. Filtre Sınıfları... 6—35 Şekil 6-2. Bant Geçiren Filtre Karakteristiği ... 6—36 Şekil 6-3. Bant Durduran Filtre Karakteristiği ... 6—36

(8)

viii

Şekil 6-4. İdeal Filtre Cevapları ... 6—37 Şekil 6-5. Uygulama Devresi-1 ... 6—37 Şekil 6-6. Uygulama Devresi-2 ... 6—38 Şekil 6-7. Uygulama Devresi-3 ... 6—39 Şekil 7-1. İşlemsel kuvvetlendiricinin karşılaştırıcı olarak kullanılması ... 7—41 Şekil 7-2. Karşılaştırıcı devre (Tepe dedektörü) ... 7—43 Şekil 7-3. Karşılaştırıcı devre (Pencere karşılaştırıcı) ... 7—43 Şekil 8-1. Schmitt tetikleme devresinin giriş-çıkış karakteristiği ... 8—45 Şekil 8-2. Schmitt tetikleme devresi ... 8—46 Şekil 8-3. Giriş ve çıkış sinyali ... 8—46 Şekil 8-4. Deney devresi #1 ... 8—47 Şekil 9-1. Osilatör Çıkış Eğrileri ... 9—49 Şekil 9-2. Osilatör Devresi Blok Şeması ... 9—50 Şekil 9-3. Wien Köprü Osilatörü... 9—51 Şekil 9-4. Transistörlü R-C Osilatör ... 9—52 Şekil 9-5. Deney Devresi #1 ... 9—53 Şekil 9-6. Deney Devresi #2 ... 9—54

(9)

1—9

Deney 1: Transistör Uygulaması

1. Deneyin Amacı

Deneyin amacı BJT transistörü ortak emitör yapılandırılmasında çalıştırarak akım ve gerilim kuvvetlendirici olarak kullanmaktır.

2. Teorik Bilgiler

Transistörlü bir devrede giriş ve çıkış bağlantıları çeşitli şekillerde yapılarak transistörün değişik özelliklerinden yararlanılır. Bu bağlantı şekillerinden en çok kullanılanı ortak emitörlü (Common-Emitter) devre girişteki sinyalin akım, gerilim ve gücünün kuvvetlendirilmesini sağlar. Ortak emitörlü kuvvetlendirici devresi Şekil 1-1 ile verilmiştir. Transistör DC açıdan uygun biçimde kutuplandırılıp, çalışmaya hazır duruma getirildiği zaman girişine AC işaret uygulanabilir demektir. AC işaret kaynağının, devreyi DC bakımdan yükleyerek uygun polarmayı bozmaması için AC işaret kaynağı ile devre girişi arasına DC durdurma görevini yapan bir kondansatör (C1) konur. Benzer nedenle çıkışa bağlanacak devrenin DC yükleme yapmasını önlemek için de C2 kondansatörü kullanılır

+ V_CC

R_B

T R_C

V₀

V_in

C₂ + C₁ +

Şekil 1-1. Ortak Emitörlü Kuvvetlendirici

Eğer C1 ve C2 kondansatörleri elektrolitik iseler, bu takdirde söz konusu kondansatörlerin (+) uçlarının, (+) kaynak tarafına gelecek şekilde yerleştirilmelerine dikkat etmek gerekir.

Emitörü ortak bağlı bir devrenin, girişine uygulanan AC işareti en iyi biçimde yükselterek çıkışına aktarılabilmesi için, DC polarmasının VCE = VCC/2 olacak şekilde sağlanması gerekir. Örneğin, IC akımı 5 mA olan bir devrede RC=1K değeri (VCC=10V iken) VCE=VCC/2 şartını yerine getirir. Bu duruma dikkat edilmeden yapılacak DC polarmalar devreye AC sinyal uygulandığında çıkış işaretinin bozulmasına neden olabilirler. Tablo-10.1'de VCE geriliminin çeşitli değerleri için çıkış işaretinin alabileceği durumlar gösterilmiştir.

(10)

1—10

Tablo 1-1’de görüldüğü gibi, VCE geriliminin VCC/2 değerinden fazlaca büyük ya da küçük değerler alması halinde çıkış işaretinde bozulma (distortion) meydana gelir.

Emitörü ortak bağlı bir devrede gerilim kazancı (Av), çıkış AC geriliminin giriş AC gerilime oranıdır (Av = VO / Vİ).

Tablo 1-1. Ortak emitörlü kuvvetlendiricide giriş ve çıkış dalga şekilleri

V_CE V_in V_o

V_CE= V_CC/ 2

V_CE>V_CC/ 2

V_CE< V_CC/2

Devrenin AC eşdeğeri çizilirse;

+ -

R_B ßre ßIb R_C

V_in V₀

I_C

I_i I_b

Şekil 1-2. Ortak emitörlü yükseltecin AC eşdeğeri Eşdeğer devreye göre; VO=Ic, .Rc, Vi=VBE=IB..re (Ii  Ib ; RB >>re )

olarak tanımlıdırlar. Burada re, transistörün base-emitter birleşim yüzeyinin alternatif akıma gösterdiği dirençtir ve yaklaşık olarak;

) 26 (





E

e I

r mV formülünden bulunur. Bu durumda;

e c e

B c B e

B c c

r R r

I R I r

I R

Av I  

. . . .

. .



(11)

1—11 olarak bulunur.

Formüldeki gerilim kazancının negatif (-) çıkmasının nedeni kollektör akımı ile base akımının yönlerinin birbirine göre ters yönlü olmasından kaynaklanmaktadır. Aslında bu eksi işaretin değer olarak fazla bir etkisi yoktur. Fakat giriş sinyali ile çıkış sinyalinin birbirine göre zıt fazlı olduğunu göstermek için kullanılır. Bu durumda emitörü ortak bağlı bir transistörün AC gerilim kazancı genel olarak "kollektör ucuna bağlı direncin emitör ucuna bağlı dirence oranıdır" şeklinde ifade edilebilir.

3. Deney Öncesi

 BC547 transistörünün katolog bilgilerini inceleyiniz.

 Deneye ait bir ön rapor hazırlayınız. Raporu hazırlamak üzere deneyin simülasyonunu yapmanız gerekmektedir. Bu amaçla dilediğiniz bir simülasyon programını (LTSpice, Proteus) kullanabilirsiniz.

 Deneyin yapılışı kısmını takip ederek istenen grafikleri rapora ekleyiniz.

4. Deneyin Yapılışı 4.1. Malzeme Listesi

Dirençler (2.2kΩ, 3.3kΩ, 10kΩ) Kondansatör: 1µF

Transistör: npn-BC547 4.2. Deney Adımları

Ortak emitörlü kuvvetlendirici devresini gerçekleştirmek üzere aşağıdaki adımları izleyiniz.

Adım 1: Ortak emitörlü kuvvetlendirici devresini beslemek üzere gerilim bölücü besleme devresi kurulacaktır. Bu amaçla Şekil 1-3 ile verilen devreyi kurunuz. Devrede 𝑉 besleme gerilimini DC kaynak kullanarak sabit 15 V değerine ayarlayınız.

Şekil 1-3. Gerilim Bölücü Besleme Devresi

(12)

1—12

DC ölçümleri dijital multimetre yardımıyla ölçünüz ve sonuç sayfasına kaydediniz.

Yapmanız gereken ölçümler: 𝑉 , 𝑉 , 𝑉 , 𝐼

Adım 2: Kuvvetlendiriciye sinyal uygulamak için devrenize Şekil 1-4 ile gösterilen bağlantıları ekleyiniz. Sinyal kaynağını genliği 1 𝑉 ve frekansı 1 𝑘𝐻𝑧 olacak şekilde ayarlayınız ve devreye bağlayınız. Osiloskop kullanarak 1. kanal ile giriş sinyali, 2. kanal ile çıkış sinyalini üst üste çizdirerek gözlemleyiniz. İki sinyalin genliklerinden hareketle gerilim kazancı 𝐴 değerini hesaplayınız. Gözlemlediğiniz sinyali sonuç sayfasındaki grafik alanına çiziniz.

Şekil 1-4. Ortak Emitörlü Kuvvetlendirici

5. Deney Sonrası

 Deney sonuç sayfasına kaydettiğiniz değerleri ve çizdiğiniz grafikleri ön rapora ekleyerek teslim ediniz.

(13)

2—13

Deney 2: İşlemsel Kuvvetlendiriciler

1. Deneyin Amacı

Deneyde işlemsel kuvvetlendiricilerin karakteristiklerinin öğrenilmesi, bu elemanların gerilim izleyici ve kuvvetlendirici olarak kullanılması 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. Bu matematiksel işlemler direnç, kapasitör ve diyot gibi harici devre elemanlarını OPAMP uçlarına farklı şekillerde bağlanmasıyla gerçekleştirilir. İşlemsel kuvvetlendiriciler, çeşitli ölçü ve kontrol sistemlerinde düzenleyici, osilatör, logaritmik kuvvetlendirici, tepe dedektörü ve gerilim karşılaştırıcı gibi görevlerde kullanılmaktadır. İşlemsel kuvvetlendiricinin gerilim kazancı çok yüksek olup farklı değerlerde olabilir. Açık çevrim gerilim kazancı OPAMP’a bağlı olarak on bin ile bir milyon arasında değişmektedir. Giriş dirençleri oldukça büyüktür ve10³ 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 2-1. İşlemsel kuvvetlendiricinin devre sembolü

İdeal işlemsel kuvvetlendiricileri analiz etmek için kullanılan iki temel kural;

 İşlemsel kuvvetlendiricilerin giriş uçlarında akım akmamaktadır.

(𝐼 = 0, 𝐼 = 0)

 İşlemsel kuvvetlendiricilerin giriş uçları arasındaki gerilim düşümü sıfırdır.

(𝑉 – 𝑉 = 0)

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

(14)

2—14 2.3. Gerilim İzleyici (Voltage follower, Buffer)

İşlemsel kuvvetlendiriciler sonsuza yaklaşan giriş direnci ve sıfıra yaklaşan çıkış direnci özellikleri sayesinde gerilim izleyici olarak kullanılabilir. Opamplarla yapılan gerilim izleyicilerde çıkış gerilimi giriş gerilimine eşittir. Bu devrenin kazancı bir olarak düşünülebilir ve bu nedenle bant genişliği oldukça yüksektir. Gerilim izleyici devreler empedans uygunlaştırmak ya da devreleri birbirinden yalıtmak amacıyla kullanılır. 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 özelliklerinden dolayı buna izolasyon amplifikatörü veya buffer adı verilir. Gerilim izleyici devre Şekil 2-2 ile verilmiştir.

Şekil 2-2. Gerilim İzleyici Devresi 2.4. İşaret Değiştiren (Eviren) Kuvvetlendirici (Inverting Amplifier)

Eviren kuvvetlendirici giriş olarak verilen sinyali dirençler oranı kadar negatif bir kazançla kuvvetlendiren devredir. Eviren kuvvetlendirici devresi Şekil 2-3 ile verilmiştir. Devrede 𝑅 giriş direnci, 𝑅 geri besleme direnci olup, devrenin girişine 𝑉 (𝑡) sinyali uygulanıp çıkıştan 𝑉 (𝑡) sinyali alınmaktadır.

Şekil 2-3. Eviren Kuvvetlendirici Çıkış gerilimi:

𝑉 (𝑡) = −𝑅

𝑅 𝑉 (𝑡) Gerilim Kazancı:

𝐴 = 𝑉 (𝑡)

𝑉 (𝑡) = −𝑅 𝑅

(15)

2—15

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

Evirmeyen kuvvetlendirici giriş olarak verilen sinyali pozitif bir kazançla kuvvetlendiren devredir. Evirmeyen kuvvetlendirici devresi Şekil 2-4 ile verilmiştir. Devrenin girişine 𝑉 (𝑡) sinyali uygulanıp çıkıştan 𝑉 (𝑡) sinyali alınmaktadır.

Devreden hareketle;

𝑉 (𝑡) = 1 +𝑅

𝑅 𝑉 (𝑡) Gerilim Kazancı:

𝐴 = 𝑉 (𝑡)

𝑉 (𝑡) = 1 +𝑅 𝑅

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

Şekil 2-4. Evirmeyen Kuvvetlendirici 3. Deney Öncesi

 LM741 entegresinin katolog bilgilerini inceleyiniz.

 LM741

 Dirençler (1kΩ, 3.3kΩ, 4.7kΩ, 10kΩ, 1MΩ)

(16)

2—16 4.2. Deney Adımları

Adım 1: Şekil 2-5 ile verilen devreyi kurunuz. Devrenin girişine 𝑉 = 2sin (2𝜋1000𝑡) sinyalini uygulayınız. 𝑅 direnci için 1𝑀Ω değerli direnç kullanınız. 𝑉 ve 𝑉 sinyallerini gözlemleyiniz ve üst üste çiziniz. Çıkış ve giriş sinyallerinin tepe değerlerini birbirine oranlayarak gerilim kazancı değerini hesaplayınız ve sonuç sayfasına kaydediniz.

Şekil 2-5. Gerilim İzleyici Deney Devresi

Adım 2: Şekil 2-6 ile verilen devreyi kurunuz. Devrenin girişine 𝑉 = 1 sin(2𝜋1000𝑡) sinyalini uygulayınız. 𝑉 ve 𝑉 sinyallerini gözlemleyiniz ve üst üste çiziniz. 𝑅 direncini 4.7k ile değiştirerek aynı adımı tekrar ediniz. Çıkış ve giriş sinyallerinin tepe değerlerini birbirine oranlayarak gerilim kazancı değerini hesaplayınız ve sonuç sayfasına kaydediniz.

Şekil 2-6. Evirmeyen Kuvvetlendirici Deney Devresi

(17)

2—17

Adım 3: Şekil 2-7 ile verilen devreyi kurunuz. Devrenin girişine 𝑉 = 1sin (2𝜋1000𝑡) sinyalini uygulayınız. 𝑉 ve 𝑉 sinyallerini gözlemleyiniz ve üst üste çiziniz. 3.3kΩ değerli direnci 4.7kΩ ile değiştirerek aynı adımı tekrar ediniz. Çıkış ve giriş sinyallerinin tepe değerlerini birbirine oranlayarak gerilim kazancı değerini hesaplayınız ve sonuç sayfasına kaydediniz.

Şekil 2-7. Eviren Kuvvetlendirici Deney Devresi

5. Deney Sonrası

 Deney sonuç sayfasına çizdiğiniz grafikleri ön rapora ekleyerek teslim ediniz.

(18)

(19)

3—19

Deney 3: İşlemsel Kuvvetlendirici Uygulamaları

1. Deneyin Amacı

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

2. Teorik Bilgiler

2.1. Toplayıcı Devre (Summer)

Şekil 3-1’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 3-1. Toplayıcı Devresi

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

1 2 3

f f f

o in in in

R R R

V V V V

R R R

      

       

     

 

2.2. Fark Alıcı Devre (Differential Amplifier)

Temel fark alıcı devre, çıkarıcı amplifikatör (differance amplifier) veya farksal yükselteç olarak da isimlendirilir. Temel bir fark alıcı devresi Şekil 3-2’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.

(20)

3—20

Şekil 3-2. Temel Fark Alıcı Devre Devre analiz edildiğinde toplam çıkış gerilimi aşağıdaki gibi bulunur.

𝑉 = −𝑅

𝑅 𝑉 + 1 +𝑅

𝑅

𝑅 + 𝑅 𝑉

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

olarak bulunur.

2.3. Türev Alıcı Devre (Differentiator)

Türev alıcı devresi, genel olarak bir eviren yükselteç özelliğindedir. İntegral alıcı devreden farklı olarak giriştedirenç yerine bir kondansatör bulunmaktadır. Genel bir türev alıcı devresi Şekil 3-3’de verilmiştir. Türev alıcı, girişinden uygulanan işaretin türevini alarak çıkışa aktaran bir devredir.

Şekil 3-3. Türev Alıcı Devre Burada V0 gerilimi aşağıdaki gibi bulunur:

𝑉 = −𝑅. 𝑖 𝑖 = 𝐶𝑑𝑉

𝑑𝑡

𝑉 = −𝑅. 𝐶

(21)

3—21

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

2.4. İntegral Alıcı Devre (Integrator)

Önceki deneyde verilen eviren kuvvetlendirici devresinde geri besleme direnci 𝑅 yerine kondansatör 𝐶 elemanı konularak Şekil 3-4 ile verilen integratör devresi elde edilir.

Çıkış gerilimi, giriş geriliminin integralidir.

Şekil 3-4. İntegral alıcı devre

Çıkış işaretinin matematiksel ifadesi aşağıdaki formül ile verilmiştir.

𝑉 (𝑡) = − 1

𝑅𝐶 𝑉 (𝑡). 𝑑𝑡 3. Deney Öncesi

 Deneyin yapılışı kısmında verilen devreleri matematiksel olarak analiz ediniz.

Devrelerin Vo çıkış gerilimlerini, Vi giriş gerilimleri cinsinden ara işlemleri adım adım göstererek elde ediniz.

 Deneyde ölçmeniz gereken gerilim ve akımları hesaplayınız.

 Devrelerin analizini istediğiniz bir bilgisayar programı ile yaparak giriş ve çıkış işaretlerini elde ediniz.

 Yaptığınız hesapları ve elde ettiğiniz bilgisayar analizi sonuçlarını deney ön raporuna ekleyiniz.

 LM741

 Dirençler (220Ω,470Ω,1kΩ, 3.3kΩ, 10kΩ)

 Kondansatörler (100nF) 4.2. Deney Adımları

Toplayıcı 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.

(22)

3—22

Şekil 3-5. Gerilim bölücü devre Toplayıcı Deney Adımları

1. Toplayıcıyı gerçekleştirmek üzere Şekil 3-6 ile verilen devreyi kurunuz. Opamp besleme gerilimleri için +15V ve -15V elde ediniz ve sırasıyla 7. ve 4. bacaklara bağlayınız.

2. Gerilim bölücü devreyi kurunuz ve sabit 5V çıkışındaki gerilimden 1V ve 3V elde ediniz.

3. V1 = 1V ve V2 = 3V gerilimlerini uygulayınız.

4. Vo gerilimini ölçünüz. Bulduğunuz sonuçları teorik sonuçlarla karşılaştırınız.

Şekil 3-6.Deney Devresi - Toplayıcı Fark Alıcı Deney Adımları

1. Fark alıcıyı gerçekleştirmek üzere Şekil 3-7 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.

(23)

3—23

Şekil 3-7. Deney Devresi - Fark Alıcı

Türev Alıcı Deney Adımları

1. Türev alıcıyı gerçekleştirmek üzere Şekil 3-8 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.

6. Deneyi girişten (2) deki parametrelere sahip sinüs sinyal ile tekrar ediniz.

Şekil 3-8. Deney Devresi - Türev Alıcı

(24)

3—24 İntegral Alıcı Deney Adımları

1. Integral alıcıyı gerçekleştirmek üzere Şekil 3-9 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.

6. Deneyi girişten (2) deki parametrelere sahip sinüs sinyal ile tekrar ediniz.

Şekil 3-9. Deney Devresi - İntegral Alıcı 5. Deney Sonrası

Deney sonuç sayfasına sonuçları yazınız, istenen grafikleri çiziniz. Deney sonuç sayfasını imzalayarak ön rapora ekleyip teslim ediniz.

(25)

4—25

Deney 4: İşlemsel Kuvvetlendiricilerin 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.

3. Deney Öncesi

(26)

4—26 4. Deneyin Yapılışı

4.1. Malzeme Listesi

 LM741

 Dirençler (1kΩ,3.3kΩ, 1MΩ)

 Kondansatörler (100nF) 4.2. Deney Adımları Adım 1:

1. Şekil 4-1 ile verilen devreyi kurunuz. 𝑅 direnci için 1𝑀Ω değerli direnç kullanınız.

2. Kaynağın frekansını sonuç sayfasında verilen değerlere ayarlayarak her adım için V1 ve V0’ın tepeden tepeye olan gerilimlerini ölçünüz ve gerilim kazancını (|Av|) hesaplayıp tabloya aktarınız

3. Voltaj kazancının maksimum değerini ( ) bulunuz.

4. -3 dB frekansını (f-3dB) belirleyiniz.

Şekil 4-1. Gerilim izleyici deney devresi

Adım 2:

1. Şekil 4-2 ile verilen devreyi kurunuz.

(27)

4—27

Şekil 4-2. Eviren yükselteç deney devresi Adım 3:

Şekil 4-3. İntegral alıcı deney devresi

5. Deney Sonrası

Deney sonuç sayfasına sonuçları yazınız, istenen grafikleri çiziniz. Deney sonuç sayfasını imzalayarak ön rapora ekleyip teslim ediniz.

(28)

(29)

5—29

Deney 5: Aktif Filtreler - 1

1. Deneyin Amacı

İşlemsel kuvvetlendiricilerin filtre olarak kullanımını öğrenmek, filtre devrelerinin kullanım amacı ve çalışma prensiplerini anlamak, filtre devrelerinin çeşitlerinin analizini yapabilmek, kesim frekansı, kalite faktörü ve Bode diyagramlarının önemini kavramaktır.

2. Teorik Bilgiler

Belirli bir frekans bandını geçirmek, bunun dışında kalan frekansları zayıflatmak amacı ile filtre devreleri kullanılır. Filtre sınıfları Şekil 5-1’de gösterilmektedir.

Şekil 5-1. Filtre Sınıfları 2.1. Yapım Elemanlarına Göre Fitreler

Yapım elemanlarına göre filtreler sınıflandırılırken, eğer filtre devresi;

• R-L-C elemanlarından oluşuyor ise pasif filtre;

• Transistör, op-amp gibi aktif elemanlardan oluşuyor ise aktif filtre olarak adlandırılır.

Çalışma prensiplerine göre filtreler ise aşağıda detaylı olarak incelenmiştir.

2.2. Çalışma Presibine Göre Filtreler

2.2.1. Alçak Geçiren Filtre (Low Pass Filter)

Alçak geçiren filtre yapısında başlangıç frekansı ile kesim frekansı arasında sabit bir kazanç olur ve bu kazanç genellikle birim kazançtır. Kesim frekansında alçak frekans kazancı 3 dB azalmaktadır. 0 Hz ile kesim frekansı arasında kalan frekanslar bant geçirme frekansı, kesim frekansından daha büyük olan frekanslar ise bant söndürme frekansı olarak adlandırılır. Bant

(30)

5—30

söndürme frekansındaki değerler için kazanç değeri oldukça azalmaktadır. Alçak geçiren filtre karakteristiği Şekil 5-2’de verilmektedir.

Şekil 5-2. Alçak Geçiren Filtre Karakteristiği 2.2.2. Yüksek Geçiren Filtre (High Pass Filter)

Yüksek geçiren filtre karakteristiğinde kesim frekansından (𝑓 ) daha büyük frekanslarda sabit bir kazanç vardır ve genellikle birim kazançtır. Kesim frekansında, yüksek frekans kazancı 3 dB azalmaktadır. 0Hz ile kesim frekansı arasında kalan frekans değerleri bant söndürme frekansı, kesim frekansından büyük değerlerdeki frekanslar ise bant geçirme frekansı olarak adlandırılır. Bant söndürme frekansı olarak adlandırılan kısımlarda oluşan kazanç değeri oldukça küçüktür. Yüksek geçiren filtre karakteristiği Şekil 5-3’de verilmektedir.

Şekil 5-3. Yüksek Geçiren Filtre Karakteristiği 3. Deney Öncesi

(31)

5—31 4. Deneyin Yapılışı

4.1. Malzeme Listesi

• LM741

• Dirençler (1kΩ, 10kΩ)

• Kondansatör (10nF, 100nF, 680nF) 4.2. Deney Adımları

Uygulama-1:

Şekil 5-4. Uygulama Devresi-1

 Şekil 5-4’de verilen devreyi kurunuz.

 Giriş sinyali olarak tepeden tepeye 2V genlikli bir sinüsoidal dalga uygulayınız.

 Giriş sinyalinin frekansını sonuç sayfasında verilen tablodaki değerlere ayarlayarak devrenin tepkisini inceleyiniz.

 Uyguladığınız giriş ve çıkış sinyallerinin tepe değerlerini kaydediniz ve filtrenin kazancını hesaplayınız. Bu değerleri kullanarak filtrenin frekans cevabı grafiğini çiziniz.

 Filtre türünü ve kesim frekansını belirleyiniz.

(32)

5—32 Uygulama-2:

 Giriş sinyalinin frekansını tabloda verilen değerlere göre ayarlayarak devrenin tepkisini inceleyiniz.

Uygulama-3:

(33)

5—33

 Şekil 5-6 ’da verilen devreyi kurunuz.

İpucu:

Deneyleri yaparken giriş sinyalinin tepe değeri ile çıkış sinyalinin tepe değerlerini karşılaştırınız. Giriş sinyalinin tepe değeri sabit kalacak fakat çıkış sinyalinin tepe değeri frekanstaki değişim ile değişecektir. Örneğin düşük frekanslarda çıkış sinyalinin tepe değerinin beklenen değerden çok düşük olması filtrenin bu frekansları geçirmediği dolayısıyla yüksek geçiren filtre olduğu manasına gelmektedir. Filtrenin kazancını dB cinsinden 20 log olarak hesaplayınız.

5. Deney Sonrası

(34)

(35)

6—35

Deney 6: Aktif Filtreler - 2

1. Deneyin Amacı

Bant geçiren ve bant durduran filtre devrelerinin kullanım amacı ve çalışma prensiplerini anlamak, filtre devrelerinin analizini yapabilmek, kesim frekansı, kalite faktörü ve Bode diyagramlarının önemini kavramaktır.

2. Teorik Bilgiler

Belirli bir frekans bandını geçirmek, bunun dışında kalan frekansları zayıflatmak amacı ile filtre devreleri kullanılır. Filtre sınıfları Şekil 6-1Hata! Başvuru kaynağı bulunamadı.’de gösterilmektedir.

Şekil 6-1. Filtre Sınıfları

Yapım elemanlarına göre filtreler, alçak geçiren ve yüksek geçiren filtreler hakkında teorik bilgi deney 5’de verilmiştir.

2.1. Bant Geçiren Filtre (Band Pass Filter)

Yüksek geçiren filtre karakteristiğinde alt kesim frekansından (fL) daha büyük frekanslarda ve üst kesim frekansından (fH) düşük frekans değerlerinde sabit bir kazanç vardır ve genellikle birim kazançtır. Belirtilen iki frekans değeri arasında kalan fark band genişliğini (BW) oluşturmaktadır. BW= (fH-fL) formülü ile verilir.

(36)

6—36

Şekil 6-2. Bant Geçiren Filtre Karakteristiği

2.2. Bant Durduran Filtre (Band Reject Filter)

Bant durduran filtre, çoğu frekansın değiştirilmeden geçişini sağlayan, ancak belirli aralıktaki frekansları çok düşük seviyelere çeken bir filtredir. Bant geçiren filtrenin yaptığı işlemin tam tersini gerçekleştirmektedir.

Şekil 6-3. Bant Durduran Filtre Karakteristiği

(37)

6—37

Şekil 6-4. İdeal Filtre Cevapları

3. Deney Öncesi

• LM741

• Dirençler (1kΩ, 10kΩ, 3.3kΩ)

• Kondansatörler (10nF, 100nF, 680nF, 47nF) 4.2. Deneyin Adımları

Uygulama-1:

(38)

6—38

 Giriş sinyali olarak tepeden tepeye 2V genlikli bir sinüzoidal dalga uygulayınız.

Uygulama-2:

 Şekil 6-6’da verilen devreyi kurunuz.

 Giriş sinyali olarak tepeden tepeye 2V genlikli bir sinüzoidal dalga uygulayınız.

(39)

6—39 Uygulama-3:

İpucu:

Deneyleri yaparken giriş sinyalinin tepe değeri ile çıkış sinyalinin tepe değerlerini karşılaştırınız. Giriş sinyalinin tepe değeri sabit kalacak fakat çıkış sinyalinin tepe değeri frekanstaki değişim ile değişecektir. Örneğin düşük frekanslarda çıkış sinyalinin tepe değerinin beklenen değerden çok düşük olması filtrenin bu frekansları geçirmediği dolayısıyla yüksek geçiren filtre olduğu manasına gelmektedir. Filtrenin kazancını dB cinsinden 20 log olarak hesaplayınız.

5. Deney Sonrası

(40)

(41)

7—41

Deney 7: Karşılaştırıcı devreleri

1. Deneyin Amacı:

Deneyde işlemsel kuvvetlendirici kullanılarak farklı gerilim seviyelerinin karşılaştırılması yapılacaktır.

2. Teorik Bilgiler:

Karşılaştırıcı devreleri analog bir işareti, başka bir analog işaret ile veya önceden belirlenmiş bir referans gerilimi ile kıyaslar ve bu kıyaslama sonucuna göre bir çıkış gerilimi verir. Gerilim karşılaştırıcı devreler, verilen iki analog işaretten hangisinin büyük olduğunu belirler.

İşlemsel kuvvetlendiricilerin çıkış gerilimi ifadesi 𝑉 çıkış gerilimi, 𝐴 açık çevrim kazancı, 𝑉 ve 𝑉 pozitif ve negatif terminal uçları olmak üzere aşağıda verildiği gibidir.

𝑉 = 𝐴 (𝑉 − 𝑉 )

Karşılaştırıcı devrelerin çıkış gerilimi, işlemsel kuvvetlendiricilerin yüksek kazanç değerlerinden dolayı iki doyum geriliminden (pozitif ve negatif besleme gerilimleri) biridir. Bu nedenle bir karşılaştırcı devrenin çıkışı iki +𝑉 veya −𝑉 değerlerinde olacak şekilde durumludur. Bu nedenle karşılaştırıcı devreler 1 bitlik iki analog işareti bir sayısal bite dönüştüren analog-sayısal dönüştürücü olarak değerlendirilebilinir. Ancak işlemsel yükselteçlerin doyum bölgesinde kaldıkları doğrusal olmayan çalışma aralığı dışında, doğrusal olarak davrandıkları çalışma gerilim aralığına göre küçük bir aralık bulunmaktadır. Pozitif ve negatif terminal uçları arasındaki gerilim farkı ile açık çevrim kazancının çarpımının besleme geriliminlerinden küçük değerlerinde ise, karşılaştırıcı devreler doğrusal olarak davranır.

Şekil 7-1. İşlemsel kuvvetlendiricinin karşılaştırıcı olarak kullanılması

(42)

7—42

Çıkış gerilimi (𝑉 ) +𝑉 ve −𝑉 değerlerini almaktadır. Ancak bu iki değer aralığında açık çevrim kazanç değerine bağlı olarak dar bir doğrusal bölge bulunmaktadır. Şekil 7-1 ile verilen karşılaştırıcıda 𝑉 gerilimi 𝑉 değerinden küçük olduğu durumlarda çıkı gerilimi negatif doyum gerilimi değerindedir (𝑉 = −𝑉 ). 𝑉 gerilimi, 𝑉 gerilim değerini aşacak kadar artırıldığında çıkış gerilimi pozitif doyum gerilimi değerine hızlıca çıkar 𝑉 = +𝑉 olur. Giriş gerilimi 𝑉 , referans gerilim değerinden küçük olacak şekilde azaltılırsa çıkış gerilimi (𝑉 ) tekrar hızlıca negative doyum gerilimi değerini alır.

Karşılaştırıcı devrelerinin bazı kullanım alanları şunlardır: sıfır geçiş tespit devreleri, referans gerilimine göre karşılaştırma, tepe değerlerin bulunması, eviren karşılaştırıcı, evirmeyen karşılaştırıcı, pencere karşılaştırıcısı (iki seviyeli karşılaştırma), pozitif geri beslemeli karşılaştırcılar. Karşılaştrıcı devreler endüstride de yaygın bir kullanım alanına sahiptir. Bunlar arasında sıcaklık kontrolü, sıvı seviye kontrolü gibi kontrol devrelerinin yanısıra analog sayısal dönüştürücülerde ve osilatör devrelerinde kullanılmaktadırlar.

3. Deney Öncesi

 İşlemsel kuvvetlendirici kullanılarak elde edilen karşılaştırıcı devrelerin genel çalışma prensibini öğreniniz ve deney devrelerinin giriş çıkış gerilim değerlerini hesaplayarak elde ediniz.

 Karşılaştıcı devre içeren bir sistemi blok şeması ile tasarlayınız. (Örnek1: Bir odanın sıcaklığının 20-30 ºC derecede kalmasını sağlayacak bir kontrol devresi. Örnek 2: Bir üretim bandından geçen ürünleri sayabilen devre, v.b.)

 Deneyin yapılışı kısmını takip ederek istenen grafikleri ve sonuçları rapora ekleyiniz.

Raporunuz deney öncesinde istenilen tüm çalışmaları kapsamalıdır ve verilen örnek formatta hazırlanmalıdır.

4. Deneyin Yapılışı:

4.1. Malzeme listesi

LM741 işlemsel kuvvetlendirici (2 adet) 10 kΩ direnç (4 adet)

1 kΩ direnç (1 adet) 4.2. Deney Adımları Adım 1:

2. 𝑉 giriş işareti için tepeden tepeye genliği 4V, frekansı 1 kHz olan sinüzoidal işaret veriniz.

3. Osilokosbun 1. kanalına giriş işaretini, 2. kanalına çıkış işaretini bağlayınız.

4. 𝑉 gerilimini sonuç sayfasına çiziniz.

5. Giriş gerilimi ile çıkış geriliminin kesiştiği noktaları tespit ediniz.

(43)

7—43

Şekil 7-2. Karşılaştırıcı devre (Tepe dedektörü) Adım 2:

2. 𝑉 giriş işareti için tepeden tepeye genliği 20V, frekansı 1 kHz olan sinüzoidal işaret veriniz.

3. Osiloskobun 1. kanalına giriş işaretini, 2. kanalına çıkış işaretini bağlayınız.

4. 𝑉 gerilimini sonuç sayfasına çiziniz.

5. Giriş gerilimi ile çıkış geriliminin kesiştiği noktaları tespit ediniz.

Şekil 7-3. Karşılaştırıcı devre (Pencere karşılaştırıcı) 5. Deney Sonrası

(44)

(45)

8—45

Deney 8: Schmitt Tetikleyici Uygulamaları

1. Deneyin Amacı:

Bu deney Schmitt tetikleyici devresinin öğrenilmesi ve karakteristiğinin araştırılması amacıyla yapılmaktadır. Deneyde işlemsel kuvvetlendirici kullanılarak Schmitt tetikleme devresi yapılacaktır.

2. Teorik Bilgiler:

2.1. Schmitt Tetikleyici

Schmitt tetikleyicisi, giriş-çıkış geçiş eşiğine hysteresis eklemek için pozitif geribesleme kullanan OPAMP temelli bir devredir. 1934'de Otto Schmitt tarafından icat edilmiştir. Schmitt tetikleme devresi iki konumlu bir devredir. Devrenin çıkışı alçak seviyede (AS) veya yüksek seviyede (YS) bulunur. Schmitt tetikleyicisinin en önemli uygulaması yavaş değişen bir işaretten hızla değişen bir dalga şeklinin elde edilmesidir. Schmitt tetikleme devresi (ST) ile sinüzoidal bir işaretten kare dalga elde edilebilir. Ayrıca Schmitt tetikleme devresi seviye detektörü olarak kullanılabilir.

Schmitt tetikleme devresinde bir histerezis davranışı söz konusudur. Schmitt tetikleme devresinin giriş-çıkış karakteristiği Şekil 8-1 ile verilmiştir. Schmitt tetikleme devresinde giriş geriliminin bir v değerinde, çıkış geriliminin 𝑣 değerinden 𝑣 değerine sıçraması, geriye doğru gidildiğinde bundan daha farklı bir 𝑣 giriş geriliminde 𝑣 değerinden 𝑣 değerine geri dönmesidir.

Şekil 8-1. Schmitt tetikleme devresinin giriş-çıkış karakteristiği

Devrenin çalışması işlemsel kuvvetlendiriciye uygulanan pozitif geribesleme ile sağlanmaktadır. Şekil 8-2'de bir Schmitt tetikleme devresi verilmiştir. İşlemsel kuvvetlendiriciye, çıkışıyla faz döndürmeyen girişi arasına bir 𝑅 direnci bağlanarak pozitif

(46)

8—46

geribesleme uygulanmıştır. Yine bu girişe bağlı olan 𝑅 direncinin diğer ucu ise referansa bağlanmıştır. İşlemsel kuvvetlendiricinin faz döndürmeyen girişinde, çıkıştaki sıçramanın oluşturduğu gerilimler,

𝑉 = 𝑅

𝑅 + 𝑅 𝑉 (𝑚𝑎𝑥)

𝑉 = 𝑅

𝑅 + 𝑅 𝑉 (𝑚𝑖𝑛)

şeklinde ifade edilirler.

Şekil 8-2. Schmitt tetikleme devresi

Konum değiştirme işlemi, 𝑣 = 𝑣 veya 𝑣 = 𝑣 olması halinde gerçekleşir. 𝑣 > 𝑣 olması halinde 𝑉 gerilimi en küçük değerine, 𝑣 < 𝑣 olması durumunda ise en büyük değerine sıçrar. Devrenin histerezisi aşağıdaki gibi hesaplanır.

Δ𝑉 = 𝑅

𝑅 + 𝑅 [𝑉 (𝑚𝑎𝑥) − 𝑉 (𝑚𝑖𝑛)]

Devrenin üçgen biçimli bir giriş işareti için vereceği çıkış gerilimi Şekil 8-3’de görülmektedir

Şekil 8-3. Giriş ve çıkış sinyali

(47)

8—47 3. Deney Öncesi:

 LM741 entegresinin katolog bilgilerini inceleyiniz.

4. Deneyin Yapılışı 4.1. Malzeme Listesi:

 UA741 (Opamp)

 Dirençler (4.7k x2, 10k POT, 22k, 220k)

4.2. Deney Adımları Adım 1:

Schmitt tetikleme devresini incelemek amacıyla Şekil 8-4 ile verilen Schmitt tetikleme devresini kurunuz. Giriş gerilimini uygun bir aralıkta uygun adımlarla değiştirerek devrenin histerezis eğrisini, karakteristik değerlerini belirleyerek çıkarınız ve ölçekli olarak çiziniz. Vcc ve –Vee değerlerini sırasıyla 15V ve -15V olarak ayarlayınız.

Şekil 8-4. Deney devresi #1

Adım 2:

Dirençli gerilim bölücüyü devreden çıkararak, Şekil 8-4 ile vdevrede frekansı 100Hz ve tepeden tepeye değeri 10V olan üçgen biçimli bir işareti 𝑣 girişinden uygulayınız. Giriş ve çıkış işaretlerinin zamana göre değişimlerini osiloskopla inceleyiniz ve sonuç sayfasına çiziniz.

5. Deney Sonrası

(48)

(49)

9—49

Deney 9: Osilatörler

1. Deneyin Amacı

Osilatör çeşitlerinin, yapılarının ve çalışma prensiplerinin anlaşılması. Wien köprü osilatörü ve Transistörlü R-C osilatör devresi uygulamalarının yapılması.

2. Teorik Bilgiler

2.1. Osilasyon ve Osilatör Tanımı

Osilasyon (Salınım): Herhangi bir nesnenin belli bir değere göre iki durum arasında zamana göre tekrarlanan değişimdir. Elektrik-elektronik sistemlerde ise zaman içerisinde yönü ve şiddeti belli bir düzen içerisinde değişen elektrik sinyallerine osilasyon denir. Osilasyon, elektronik devrelerde (osilatör devreleri hariç) istenmeyen bir olaydır. Devrenin çıkışında osilasyon fazla ise zararlı olabilir. Bu yüzden osilasyonları azaltmak için fazladan elektronik devreler kullanılır fakat bu osilasyonların gerekli olduğu sistemler de bulunmaktadır. Bu sebeple osilasyon sinyalleri üreten devrelere de ihtiyaç vardır. Bu devrelere osilatör devreleri denir.

Şekil 9-1. Osilatör Çıkış Eğrileri

Osilatörler: Belli frekanslarda kare, sinüs, üçgen veya testere dişi biçiminde sinyal üretmeye yarayan, geri beslemeli amplifikatör (yükseltici) devreleridir. Diğer bir deyişle kendi kendine sinyal üretebilen elektronik bir elemandır.

Osilatörler, bir kez harekete geçirildikten sonra bir AC çıkış sinyali üretir. Bu AC sinyalinin küçük bir bölümü girişe geri beslenip orada yükseltilir. Giriş sinyali yükseltilerek çıkışa gelir ve aynı süreç tekrar eder, oluşan sürece tekrar üretimli süreç denir. Çıkış sinyali giriş sinyaline bağlıdır, aynı şekilde giriş sinyali de çıkış sinyaline bağlıdır.

(50)

9—50

Geri beslemeli bir osilatörün çalışması için üç koşulun sağlanması gerekmektedir. Bunlar:

yükseltme, pozitif geri besleme ve frekansa bağlı olmadır.

Şekil 9-2. Osilatör Devresi Blok Şeması 2.2. Kullanım alanları

Osilatörler televizyon, radyo, telsiz, AM alıcı ve vericiler, FM alıcı ve vericiler gibi sistemlerde genel olarak elektronik haberleşme sistemlerinde ve otomasyon sistemlerinde yaygın biçimde kullanılmaktadır.

Kullanım amacı üzerinde durmak gerekirse karışık sistemlerde elemanlar görevlerini yerine getirebilmek için değişik tipte sinyallere ihtiyaç duyar. Örneğin bir mikro denetleyicinin yazılmış olan programı yürütebilmesi için bir kare dalga (saat darbesi) sinyal ile tetiklenmesi gerekmektedir yani en genel ifadeyle osilatörde amaç istenilen yerde istenilen miktarda ve istenilen türden sinyalin üretilmesini sağlamak ve elemanların ihtiyaçlarını gidermektir.

2.3. Osilatör çeşitleri

Genel olarak osilatörler, sinüzoidal osilatörler ve sinüzoidal olmayan osilatörler olmak üzere iki sınıfa ayrılabilir. Sinüzoidal osilatörler, çıkışında sinüzoidal sinyal, sinüzoidal olmayan osilatörler ise kare, dikdörtgen, üçgen ve testere dişi gibi sinyaller üretir. Kare dalga üreten osilatör devrelerine aynı zamanda "multivibratör" adı verilir.

Osilatörler birçok çeşit halinde tasarlanabilmektedirler. Bunlardan bazıları;

* LC Osilatörler

* RC Osilatörler

* Kristalli Osilatörler

* Wien Köprü Osilatörü

* Hartley Osilatörü

* Colpitts Osilatörü

Osilatör seçimi yapılırken kullanılacak devreye uyumu önemlidir. Örneğin, yüksek frekanslı sinyal üretilip bu frekans sabit isteniyorsa kristal osilatörler tercih edilirken daha basit devrelerde RC veya LC osilatör yeterli olmaktadır. Bu farkta maliyeti etkilemektedir.

Bu deneyde Wien köprü osilatörü ve RC osilatörler sınıfından olan Transistörlü faz kaymalı RC osilatör devre uygulaması gerçekleştirilecektir.

(51)

9—51 2.3.1. Wien Köprü Osilatörü

Wien köprü osilatör devresi hem pozitif hem de negatif geri besleme kullanan bir RC faz kaydırma osilatörüdür. Bu osilatör kolaylıkla akort edilebilen ve 5 Hz ile 1 MHz arasındaki frekansları üretmek için sinyal üreteçlerinde yaygın olarak kullanılan kararlı alçak-frekans osilatörüdür.

Şekil 9-3. Wien Köprü Osilatörü

Şekil 9-3 ‘de görüldüğü gibi R1 - C1 'den oluşan seri, R2 - C2 'den oluşan paralel R-C devreleri wien köprü osilatörünü oluşturur. Devrede yükselteç olarak OP-AMP kullanılmıştır.

Çıkış sinyali, belli oranda opamp'ın faz çevirmeyen (+) girişine R1 - C1 elemanları ile geri beslenmektedir.

Opamp'ın çalışma frekansında R1 - C1, R2 - C2 'den oluşan köprü devresi maksimum geri beslemeyi yapmakta ve bu frekansta faz açısı sıfır olmaktadır. Devrede R3 - R4 ve OP- AMP 'tan oluşan kısım yükselteci, R1 - C1 ile R2 - C2 'den oluşan kısım wien köprü devresini yani frekans tespit edici tertibi meydana getirir. Çıkıştan alınan sinüzoidal sinyalin frekansı veya devrenin çalışma frekansı,

𝑓 = 1

2𝜋 𝑅 𝐶 𝑅 𝐶

formülü ile bulunur. Devrede R1=R2=R ve C1=C2=C olarak seçilirse formül,

𝑓 = 1

2𝜋𝑅𝐶

olarak ifade edilebilir. Ayrıca, devrenin istenen frekansta osilasyon yapması ve yeterli çevrim kazancını sağlayabilmesi için R3/R4 >= 2 olmalıdır. Fakat kuvvetlendiricinin doyuma ulaştığı noktada sinyal kare dalga haline gelmeye başlayacaktır.

(52)

9—52

2.3.2. Transistörlü Faz kaydırmalı RC Osilatör Devresi

Şekil 9-4. Transistörlü R-C Osilatör

Şekil 9-4’deki devrede görülen transistörlü R-C osilatör devresinde yükselteç NPN tipi bir transistörle, emitörü ortak bağlantı olarak düzenlenmiştir. Emitörü ortak yükselteç devresinin beyzi ile kollektörü arasında 180° faz farkı vardır. Bu devrenin osilasyon yapabilmesi için Vçıkış gerilimini 180° faz kaydırılarak girişe yani beyze pozitif geri beslenmesi gereklidir.

Şekil 9-4 ile verilen devrede;

* C1-R1, C2-R2, C3-RB2: Faz çevirici devre ve frekans belirleyici elemanlar,

* RB1 ve RB2: Beyz polarmasını sağlayan voltaj bölücü dirençler,

* RE-CE: emiter direnci ve by-pass kondansatörü,

* RC: geri besleme genlik kontrolünü sağlayan kollektör yük direncidir.

C1-R1, birinci R-C devresini; C2-R2, ikinci R-C devresini ve C3-RB2 üçüncü R-C devresini oluşturur. NPN tipi transistörün kollektöründen alınan geri besleme sinyali 180° faz kaydırılarak tekrar transistörün beyzine tatbik edilmektedir. Burada her bir R-C devresi 60 °lik faz kaydırmaya neden olmaktadır.

Her bir R-C osilatör devresinde 3 adet R-C devresine ihtiyaç yoktur. Toplam faz kaydırmanın 180° ye ulaşması yeterlidir. Emiteri ortak yükselteç devresinin beyzi ile kollektörü arasında 180° faz farkı olduğuna göre kollektör sinyali 180° çevrilerek ve pozitif geri besleme olarak transistörün beyzine geri verilir.

Transistörlü RC osilatör devresinin Vçıkış sinyalinin frekansı ve genliği geri besleme hattındaki direnç ve kondansatörlerin değerlerine bağlıdır.

Her bir R-C devresinin 60° faz kaydırması istenirse R1=R2=RB2 =RGİRİŞ

olmalıdır. Burada RGİRİŞ, emiteri ortak yükseltecin giriş empedansıdır.

Transistörlü R-C devresinin osilatör frekansı,

𝑓 = 1

2𝜋𝑅𝐶 6 + 4 𝑅 𝑅 formülü ile bulunur.

(53)

9—53

Burada R ve C değeri, frekans belirleyici direnç ve kondansatör değeri, RC ise kollektör yük direncidir.

3. Deney Öncesi

 Wien Köprü Osilatörü ve Transistörlü Faz Kaymalı RC Osilatörü inceleyiniz.

 LM741CN

 BC547

 100k, 10k, 33k, 5.6k, 3.3k direnç

 100k POT

 47uF, 1nF, 10nF kapasitör 4.2. Deneyin Adımları Uygulama-1:

Şekil 9-5. Deney Devresi #1

 Şekil 9-5 ile verilen devreyi kurunuz. Devreyi tam kurmadan devreye enerji vermeyiniz.

 Osiloskop kullanarak 1. kanal ile çıkış sinyalini gözlemleyiniz ve sonuç sayfasına çiziniz.

(54)

9—54

 Ayarlı direnç değerini değiştirerek osiloskoptaki sinyalin genliğindeki değişimi yorumlayarak sonuç sayfasına yazınız.

 Osiloskopta gözlenen sinyalin frekansına dikkat ederek sinyalin frekansını teorik olarak bulunuz.

 Kapasitörleri 1nF ile değiştirerek sinyalin yeni frekansını gözlemleyip ardından teorik olarak hesaplayınız.

Uygulama-2:

Şekil 9-6. Deney Devresi #2

 Şekil 9-6 ile verilen devreyi kurunuz. Devreyi tam kurmadan devreye enerji vermeyiniz.

 Osiloskop kullanarak 1. kanal ile çıkış sinyalini gözlemleyiniz ve sonuç sayfasına çiziniz

 P1 ve P2 noktalarını ayrı ayrı osiloskopun 2. kanalı ile gözlemleyerek çıkış sinyali ile ilişkisini yorumlayınız.

5. Deney Sonrası

 Deney sonuç sayfasına çizdiğiniz grafikleri ve sonuçları ön rapora ekleyerek teslim ediniz.