KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ TEKNİK EĞİTİM FAKÜLTESİ ELEKTRİK ÖĞRETMENLİĞİ ELK 435 ENDÜSTRİYEL ELEKTRONİK LABORATUAR UYGULAMALARI

KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ TEKNİK EĞİTİM FAKÜLTESİ

ELEKTRİK ÖĞRETMENLİĞİ

4. SINIF

ELK 435

ENDÜSTRİYEL ELEKTRONİK LABORATUAR UYGULAMALARI

HAZIRLAYANLAR

Doç.Dr. Engin ÖZDEMİR Arş.Gör. Mehmet UÇAR

İÇİNDEKİLER

Deneysel Çalışma 1: İşlemsel yükselteçleri (op-amp) tanımak ve önemli parametrelerini incelemek. 747 op-amp’ını kullanarak, giriş ofset gerilimini ve giriş polarlama akımını

ölçmek. (Sayfa: 2)

Deneysel Çalışma 2: Op-amp uygulaması olarak eviren yükselteci (inverting amplifier)

incelemek. (Sayfa: 10)

Deneysel Çalışma 3: Op-amp uygulaması olarak evirmeyen yükselteci (non-inverting

amplifier) incelemek. (Sayfa: 14)

Deneysel Çalışma 4: Op-amp uygulaması olarak gerilim izleyici (voltage follower)

devresini incelemek. (Sayfa: 18)

Deneysel Çalışma 5: Op-amp uygulaması olarak toplar yükselteci (summing amplifier)

incelemek. (Sayfa: 20)

Deneysel Çalışma 6: Op-amp uygulaması olarak çıkartma yapan devreyi (difference

amplifier) incelemek. (Sayfa: 22)

Deneysel Çalışma 7: Op-amp uygulaması olarak türevleyici (differentiator) devresini

incelemek. (Sayfa: 25)

Deneysel Çalışma 8: Op-amp uygulaması olarak integratör devresini incelemek.

(Sayfa: 32)

Deneysel Çalışma 9: Kıyaslayıcı (comparator) devresini incelemek. (Sayfa: 35)

Deneysel Çalışma 10: PWM üretici SG3524 ile Buck (azaltan) çevirici devresini incelemek.

(Sayfa: 39)

Deneysel Çalışma 11: Op-amp kullanarak hassas tam dalga doğrultmaç yapmak.

(Sayfa: 42) Deneysel Çalışma 12: Op-amp kullanarak gerilim regülatörü yapmak ve çalışmasını

DENEYSEL ÇALIŞMA --- 1 ---

KONU:

İşlemsel yükselteçleri (operational amplifier) tanımak ve önemli parametrelerini incelemek.

747 op-amp’ını kullanarak, giriş ofset gerilimi ve giriş polarlama akımını ölçmek.

ÖN BİLGİ:

İşlemsel yükselteçle (kısaca op-amp) 1940’lı yıllardan beri bilinmekle beraber, asıl yaygın kullanım alanına 1960’lı yılların sonlarına doğru, tümleşik devre teknolojisi ile üretilmeye başlandığı zaman kavuşmuştur. Bugün artık op-amp denildiğinde tümleşik devre durumunda olanlar akla gelir.

Genel olarak op-amp, çok yüksek kazançlı bir DC yükselteçtir. Çeşitli özellikleri, devreye dışarıdan bağlanan devre elemanları ve bunların bağladığı geri besleme ile kontrol altına alınabilir. Op-amp devresi tek başına düşünüldüğünde 5 önemli özelliğe sahiptir. Bunlar:

- Kazancı çok fazladır (örneğin 200.000) - Giriş empedansı çok yüksektir (5 Mohm) - Çıkış empedansı sıfıra yakındır

- Band genişliği fazladır (1 MHz gibi)

- Girişe 0V uygulandığında çıkışta yaklaşık 0V elde edilir.

Op-amp devresinin iki tür sembolik gösterilişi vardır. Bunlar Şekil 1.1’de çizilmişlerdir.

Genellikle kullanılan sembol Şekil 1.1(a)’dekidir.

Şekil 1.1

Op-amp devrelerinde, genel olarak, birbirine ters polaritede iki kaynak kullanılır. Bu kaynaklar devre şemalarında her zaman gösterilmezler. Daha ziyade girişler ve çıkış belirtilir.

Şekil 1.1’de de görüldüğü gibi op-amp devresinin biri (+) diğeri (-) ile işaretlenmiş 2 girişi vardır. (+) girişe uygulanan işaret çıkışa aynı fazda; (-) girişe uygulanan işaret ise 180 derece ters fazda aktarılır.

İki girişe birden uygulanan aynı işaret çıkışa aktarılmaz. (-) giriş “eviren (inverting)’’, (+) giriş ise “evirmeyen (non-inverting)” giriş olarak isimlendirilmiştir. Devre özellikleri giriş ucu olarak hangi ucun kullanıldığına ve çıkıştan girişe yapılan geri belsem miktarına bağlıdır. Şekil 1.2(a)’da giriş ucu olarak (+) uç kullanılmıştır. Bu devreye “evirmeyen yükselteç” denilir. Şekil 1.2(b)’de ise giriş (-) uçtan yapılmıştır ve devre “eviren yükselteç”

olarak bilinir. Her iki yükselteç de ileriki denetlerde ayrıntılı olarak incelenecektir. Burada yükselteç kazançlarının farklı olduğuna dikkat çekilmekle yetinilecektir.

Şekil 1.2

Bu deneyde op-amp devresinin önemli parametrelerini üzerinde çalışma yapılacaktır. Bu parametrelerden aşağıda kısa kısa söz edilmiştir. Deney sırasında sadece bazı parametrelerin ölçümü yapılacak, diğerlerinin ise, ölçüm zorlukları nedeniyle ölçümleri yapılmayacaktır.

Giriş Ofset Gerilimi (Vio): Op-amp’ın (+) ve (-) girişler arasında ideal olarak “0” volt olması gerekir. Ancak pratikte giriş uçlarının bağlı oldukları transistörlerin tam uyum içinde olmamaları nedeniyle giriş uçları arasında, çok küçük de olsa, bir ofset gerilimi oluşur.Bu gerilim op-amp kazancı ile çarpılarak çıkışına aktarılır ve çıkışı V0 çıkış ofset gerilimi meydana gelir.V0 gerilimi devrenin kazancına bağlı olmasına rağmen Vi0 gerilimi sabittir.

V0 ölçüldüğünde, Vi0 giriş ofset gerilimi, )

1 (

1 2 0

0 R

V R V = _i +

Formülünden bulunur. Bu formül, op-amp devresinin eviren veya evirmeyen yükselteç olarak çalışmasına bağlı değildir. Her iki durum için de geçerlidir. (Şekil 1.2’ye bakınız).

Op-amp devresinin kazancı yüksek tutulduğunda (R₂/R₁ oranı büyük seçilerek) çıkışta oluşturulacak ofset gerilimi istenmeyen boyutlarda olabilir. Bu nedenle op-amp’ların çoğunda dılarıdan ofset sıfırlama uçları bulunur. Bu uçlar arasında Şekil 1.3’deki gibi bağlanacak bir potansiyometre ile çıkış ofset gerilimini sıfırlamak mümkündür. Sıcaklığın giriş ofset gerilimi üzerinde etkisi vardır. Transistör tekniği ile imal edilen op-amp’larda her bir santigrad derece sıcaklık artışında ofset gerilimi 5-10 uV gösterilir.

Giriş polarlama akımı (Ib): Her iki girişten op-amp devresine akan akımların ortalama değeridir. Vi0 gerilimi gibi çıkışta istenmeyen DC seviye oluşumuna yol açar. Şekil 1.3’teki devrede Vgr 0 iken akım yönleri görülüyor. Burada;

Şekil 1.3

2

1 I

I

I_b = + olmaktadır.

2

1 R

V V R

I_b V^{b çk} − ^b +

= olur. V_b’nin çok küçük olduğu göz önüne

alınırsa; V_çk = I_bR₂ olur. Şu halde polarma akımının çıkış ofset gerilimine olan katkısı bu şekilde bulunabilir. Giriş polarma akımının çıkışa yol açacağı ofset gerilimi oluşumunu minimum düzeye indirmek için Şekil 1.4(a) ve (b)’deki yöntemler kullanılabilir.

2 1

2 1

R R

R Rp R

= + Şekil 1.4

Giriş ofset akımı ( Ii0 ): Vçk=0V olduğunda her iki giriş polarma akımı arasındaki farktır ve çıkışa, V_çk =R₂I_i0 kadar ilave bir ofset geriliminin oluşmasına yol açar.

Giriş empedansı ( Z_i ): Girişlerden birinden bakıldığında (diğeri topraklanmış durumda iken) görülen empedanstır. Çok yüksektir.

Çıkış empedansı ( Z₀ ): Çıkıştan bakıldığında görülen empedanstır. Oldukça düşüktür.

Çıkış kısa devre akımı ( Iosc ): Op-amp devresinden çekilebilecek maksimum akımdır.

Geri besleme yok iken gerilim kazancı (Avo): Op-amp devresine dışardan her hangi bir geri besleme sağlanmadığı zaman ki çıkış geriliminin giriş gerilimine oranıdır.

Ortak mod tepki oranı (common mode rejection ratio-CMRR): Op-amp devresinin, her iki girişine de ortak olan işareti kabul etmeme özelliğidir. Her iki girişe aynı anda uygulanan işaretin, çıkış işaretine oranına (dB cinsinden ) eşittir.

Kanal ayırımı: Bazı tümleşik op-amp devrelerinde birden fazla op-amp bir arada bulunabilir. Örneğin deneylerde kullanılacak 747 nolu op-amp bünyesinde iki adet birbirinden bağımsız op-amp vardır. Bu tür op-amp devrelerinde,op-amplardan birinin girişine uygulanan işaret, diğerinin çıkışında çok küçükte olsa bir işaret oluşturur. Bu işaret ne kadar küçük ise kanal ayrımı o kadar iyidir. Genellikle dB cinsinden oran ifadesi kullanılır.

Slew rate: Op-amp’ın band genişliği ile ilgili parametredir. Bu parametre V/µsn cinsinden ifade edilir. Op-amp’ın ne kadar çabuk durum değiştireceği hakkında bilgi verir. Bu değer ne kadar büyük ise op-amp o kadar geniş bandlıdır ve girişine uygulanan çabuk değişen işaretleri bozmadan yükselterek çıkışa aktarır.

Örnek olarak söz konusu parametrelerin 747 op-amp’ı için tipik değerleri Tablo 1.1’de verilmiştir. İnceleyiniz.

Tablo 1.1

0

V i I_B I _i0 Z _i Z ₀ I_osc A _vo CMRR Kanal ayrımı

Slow rate

1mV 30nA 70nA 2MΩ 75Ω 25mA 200.000 90dB 120dB 0,5V/msn

Ön bilgi bölümünün başlarında op-amp devresine dışarıdan geri besleme sağlamak suretiyle devrenin özelliklerini kontrol altına alma olanağı olduğu belirtilmişti. Şekil 1.5’te op-amp devresinin çıkışından (-) girişe R2 direni ile geri besleme yapılmıştır. Bu durumda devrenin

Şekil 1.5

Şeklinde formüle edilir. R2 ve R₁ direnç oranını ayarlamak suretiyle kazanç kontrol altına alınır. A_v daima A_vo 'dan küçüktür. Örneğin, R₂ = 1 M, R1 = 10 K ise A_v = 100 olur.

Avo~200.000 sayısı yanında bu değer oldukça küçük kalmaktadır. Bu konuya ileriki deneylerde daha etraflıca değinilecektir.

Burada üzerinde durulması gereken bir diğer önemli nokta da op-amp devresinin DC ve DC’ye yakın frekanslarda yüksek kazanç göstermesidir. Avo~ 200.000 sayısı sadece DC ve çok düşük frekanslardaki işaret uygulamaları için geçerlidir. Op-amp devresine uygulanan işaretin frekansı yükseldikçe Avo düşer. Şekil 1.6’da bu durum 741 op-amp'ı için grafiksel olarak izah edilmiştir. Dikkat edilecek olursa;

Şekil 1.6

Kazanç x Band Genişliği = Sabit olmaktadır. Bu sabite 1 MHz dir. Yine Şekil 1.6’dan hemen görüleceği gibi, 5–6 Hz'e kadar Avo 200.000 civarındadır. Bu frekanstan sonra hemen hemen doğrusal bir şekilde azalmakta ve 1 MHz civarında Avo=1 olmaktadır. Bu frekans fT ile gösterilir ve “1 kazanç frekansı” olarak tanımlanır.

Deneylerde 747 op-amp tümleşik devresi kullanılacaktır. Bu devrenin yapısında 2 adet birbirinden bağımsız op-amp vardır. Şekil 1.7’de 747 op-amp tümleşik devresinin bacak tanımlaması görülmektedir.

Şekil 1.7 Şekil 1.8

741 op-amp devresi deneylerimizde kullanılmamakla beraber çok sık olarak rastlanır. Bu nedenle Şekil 1.8’deki bu devrenin bacak tanımlaması da verilmiştir. 747 op-amp devresindeki her op-amp’ın özellikleri Tablo 1.2’de verilmiştir, inceleyiniz.

Tablo 1.2

Parametre Koşullar Minimum Tipik Maksimum Birim

Giriş Ofset Gerilimi 1 7,5 mV

Giriş Ofset Akımı 7. 300 nA

Giriş Polarma Akımı 0,03 0,8 µA

CMRR 70 90 dB

Belseme Akımı 2 3,3 mA

Çıkış Kısa Devre Akımı 25 mA

Giriş Empedansı 0,3 2 MΩ

Çıkış Empedansı 7,5 Ω

Kanal Ayrımı 120 dB

Slew Rate Ry>=2K 0,5 V/µsn

Güç Harcaması 50 85 mW

Geri Beslemesiz Gerilim

Kazancı Ry>=2K 2500 2.10⁵

ÖN ÇALIŞMA:

1. Şekil 1.9’daki devrede V_o=100 mV olduğuna göre giriş ofset gerilimini nasıl hesaplarsınız? (I_b =0,1µA I_i0 =0,02µA varsayılacaktır.)

2. Şekil 1.10’daki devrede V_A =20mV V_B =15mV ölçülüyor. Giriş ofset akımını hesaplayınız. (Vo=0 V)

Şekil 1.9 Şekil 1.10

DENEYDE KULLANILACAK DEVRE ELEMANI VE CİHAZLAR:

2 adet 10 K direnç 1 adet 470 K direnç

Yeteri kadar kısa devre elemanı 1 adet 747 tümleşik op-amp devresi 1 adet sayısal multimetre

DENEY:

1. Deneyi Şekil 1.11’deki gibi kurunuz.

2. (+) ve (-) besleme kaynaklarını ± 12 V ayarlayınız. Her ikisini aynı anda devrenize uygulayınız.

3. Sayısal multimetreyi mV düzeyinde gerilim ölçmeye hazırlayınız.

a). Vo çıkış gerilimini ölçüp not ediniz.

b). Ölçtüğünüz bu gerilim çıkış ofset gerilimidir. Bu gerilimi oluşturan ana 3 faktörü yazınız.

4. Besleme gerilimlerini devreden kesip op-amp’ın iki nolu ucu ile toprak arasına R3=10K direnç yerleştiriniz. Bu direncin konulma amacı nedir? Açıklayınız?

5. Yaptığınız değişiklikten sonra besleme gerilimlerini tekrar devrenize uygulayınız.

6. Sayısal multimetre ile

a). Vo gerilimini ölçüp not ediniz.

b). Bu değer öncekine kıyasla küçüldü mü? Niçin? Çıkış ofset gerilimi oluşturan faktörlerden hangisi etkisizleştirilmiştir.

7. Besleme gerilimlerini kesiniz ve devreyi Şekil 1.12’deki duruma getiriniz. P potansiyometresi başlangıçta orta konumda olmalıdır. Devrede yapılan bu değişliğin amacı nedir?

8. Yaptığınız değişiklikten sonra devrenize gerilim uygulayınız.

9. P potansiyometresi ile oynamak sureti ile Vo ~ 0 mV yapınız.

a) Va ve Vb gerilimlerini ölçüp not ediniz.

b)

3 1

veR V R V_{a b}

değerleri neyi verir. Buna göre Iio akımı yaklaşık ne kadardır.

c) Bu durumda Iio akımından dolayı çıkışta oluşan ofset gerilimini hesaplayabilir misiniz?

d) Ib ve Iio akımlarından dolayı çıkışta meydana gelen ofset gerilimleri bilindiğine göre giriş ofset gerilimlerinden kaynaklanan çıkış ofset gerilimlerini bulunuz.

e) Bu durumda giriş ofset gerilimi ne kadardır?

f) Bulduğunuz Ib, Iio ve Vio değerlerini Tablo 1.2’de verilenlerle karşılaştırınız?

Bulduğunuz sonuçlar normal mi?

Şekil 1.11

Şekil 1.12

DENEYSEL ÇALIŞMA --- 2 ---

KONU:

Op-amp uygulaması olarak eviren yükselteci (inverting amplifier) incelemek.

ÖN BİLGİ:

Şekil 2.1’de, op-amp devresinin eviren yükselteç olarak kullanımı görülüyor. Burada işaret (-) girişe uygulanmıştır. R1 giriş direnci, R2 geri besleme direncidir. Op-amp devresinin özelliğinden dolayı X noktasındaki gerilim 0 volta yakındır. Vgr=Igr.R1 yazılabilir. Benzer şekilde Vçk = -If.V2 olur.

If = Igr olduğundan

1 2 2

1

2 ( )

R R V

A V R R

R V I V

gr çk v gr

gr

çk =− =− = =− olur.

Şu halde eviren yükseltecin gerilim kazancı –R2/R1 oranına eşit olmaktadır. İfadenin önündeki (-) işareti eviren yükseltecin giriş ve çıkışı arasında 180° faz farkı olduğunu göstermektedir. Eviren yükseltecin giriş empedansı R1 direnç değerine eşittir. Çıkış empedansı ise çok küçüktür ve Av ile ters orantılıdır. R2 = R1 olarak seçildiğinde devrenin kazancı 1 olur. Böyle bir devre genellikle bir işaretin polaritesini değiştirilmek istendiğinde kullanılır.

Şekil 2.1

R2 direnç değerini değiştirmek suretiyle, Şekil 2.1’de görüldüğü gibi kazancı kontrol edilebilir bir yükselteç oluşturulabilir. K komütatörünün bulunduğu konuma göre devre kazancı değişik değerler alacaktır. Daha önceki deneyde op-amp geri beslemesiz olarak kullanıldığında kazancın DC ve DC’ye yakın frekanslarda çok yüksek olduğu, frekans artıkça kazancın 1’e yaklaştığı belirtilmişti. Bu durum Şekil 2.2’de yinelenmiştir.

Şekil 2.2

Genellikle op-amp devrelerinin Av (Geri besleme varken ki kazanç) gerilim kazançlarının ne olması gerektiği şu şekilde belirlenir. İstenilen band genişliğinde Avo’un değeri (Şekil 2.2’den yada benzer grafiklerden) bulunur. Emniyet payı düşünülerek Av=Avo/10 olarak saptanır.

Örneğin band genişliğinin 10 KHz olması isteniyorsa (741 veya 747 op-amp kullanarak) Şekil 2.2’den Avo=100 bulunur. Buna göre Av=100/10=10 olur. Şu halde 741 (veya 747) kullanılarak 10 KHz band genişlikli bir yükselteç yapılacak ise, bu yükseltecin gerilim kazancı 10 olacak şekilde R1 ve R2 dirençleri seçilmelidir. Kazanç daha büyük olacak şekilde yapılacak R1 ve R2 seçimi bandı daraltacaktır.

ÖN ÇALIŞMA:

1. Şekil 2.3’deki devrenin DC gerilim kazancı R2=10K, R2=33K, R2=100K değerleri için ayrı ayrı bulunuz.

2. Şekil 2.4’deki devrenin kazancını ve band genişliğini hesaplayınız.

Şekil 2.3 Şekil 2.4

DENEYDE KULLANILACAK DEVRE ELAMANI VE CİHAZLAR:

2 adet 10 K direnç

1 adet 100 K direnç 1 adet 747 op-amp 1 adet işaret üretici 1 adet osiloskop

Yeterince kısa devre elemanı

DENEY:

1. Devreyi Şekil 2.5’deki gibi kurunuz. R2=10K olacaktır.

2. Güç kaynağının (+) ve (-) bölümlerini sıra ile +12 volta ve -12 volta ayarlayınız.

3. ±12 besleme gerilimlerini devreye uygulayınız.

4. İşaret üreteci çıkışını, Frekans 1 KHz, Genliği 1 V(t-t) olan bir sinüsoidal dalgaya ayarlayınız.

5. Osiloskobunuzun A kanalına giriş işaretini, B kanalına da çıkış işaretini uygulayınız. Her iki kanalı da, frekansı 1 KHz genliği 2 Volt olabilecek bir işareti en iyi şekilde görüntüleyebilecek biçimde ayarlayınız (B kanalı için daha sonra yeniden ayarlama yapmak gerekebilir).

6. İşaret üreteci çıkışını devre girişine uygulayınız.

a). Vçk ve Vgr işaretlerini osiloskop ekranında bir arada gözleyiniz. Aralarında faz farkı var mı? Ne kadar?

b). Devrenin gerilim kazancını bulup, Tablo 2.1'de ilgili haneye not ediniz.

Tablo 2.l

R2(K) Av 10 33 100

7. R2 direncini 33 K yapınız. Devrenin gerilim kazancı, bu durumda ne kadar oluyor?

Tablo 2.1’de ilgili haneye yazınız.

8. R2 direncini 100 K yapınız. Devrenin gerilim kazancını bulup, Tablo 2.1’de ilgili haneye

9. Tablo 2.1' in incelenmesi sonucu:

a).

1 2

R

A_v = R oluyor mu ?

b). Deneysel olarak bulduğunuz sonuçları ön çalışma 1’deki bulduklarınız ile karşılaştırınız.

10. R₁ =10K R₂ =100Kiken, işaret üretecinin frekansının yavaş yavaş artırınız.

Çıkış işaretinin genliği, hangi frekansta 1 KHz'deki genlik değerinin üçte ikisine iniyor? Bu değeri (yükseltecin band genişliği) not ediniz ve ön çalışma 2’de bulduğunuz sonuç ile karşılaştırınız. Farklılık varmı? niçin?

11. R₁ =10K R₂ =33K yapınız. İşaret üreteci frekansını 1 KHz’e ayarlayınız. Sonra frekansı yavaş yavaş artırınız.

a) Bu durum için, devrenin band genişiğini belirleyiniz.

b) Önceki işlemde bulduğunuz (Av=10) band genişliği ile bu işlemde bulduğunuz (Av=3.3) band genişliğini karşılaştırınız. Gerilim kazancının miktarı band genişliğini etkiliyor mu?

Nasıl ve ne ölçüde?

Şekil 2.5

DENEYSEL ÇALIŞMA --- 3 ---

KONU:

Op-amp uygulaması olarak evirmeyen yükselteci (non-inverting amplifier) incelemek.

ÖN BİLGİ:

Şekil 3.l'de, op-amp devresinin evirmeyen yükselteç olarak kullanılması görülüyor. Burada işaret (+) girişe uygulanmıştır. Giriş ile çıkış işaretleri aynı fazdadırlar. Devrenin gerilim

kazancı (1 )

1 2

R R V

A V

gr çk

v = = + olarak ifade edilebilir. Bu bağlantıda çıkış empedansı oldukça yüksektir. Şekli 3.1’deki devrenin bir diğer çizilmiş şekli de Şekil 3.2’de gösterilmiştir. Her iki devrenin de birbirinin aynı dikkat ediniz.

Şekli 3.1 Şekil 3.2

Evirmeyen yükselteç daha önceden incelenen eviren yükselteç arasındaki belli başlı farklar şunlardır:

- Evirmeyen yükselteçte giriş ve çıkış işaretleri aynı fazdadır. Eviren yükselteçte ise arlarında 180° faz farkı vardır.

- Evirmeyen yükseltecin giriş empedansı op-amp giriş empedansına eşit olup çok yüksektir. Eviren yükseltecin giriş empedansı ise R1 kadardır.

- Evirmeyen yükseltecin kazancı, eviren yükseltecinkinden daima 1 fazladır, daima da 1’den büyüktür.

Çıkış empedansı, band genişliği gibi diğer özellikler bakımında aralarında fazla fark yoktur.

ÖN ÇALIŞMA:

1. Şekil 3.3’deki devrenin gerilim kazancı, R2=10K, R2=33K, R2=100K değerleri için ayrı ayrı bulunuz.

Şekil 3.3 Şekil 3.4

DENEYDE KULLANILACAK DEVRE ELEMANI VE CİHAZLAR:

2 adet 10 K direnç 1 adet 33 K direnç 1 adet 100 K direnç

Yeterince kısa devre elemanı 1 adet 747 op-amp

1 adet işaret üreteci 1 adet osiloskop.

DENEY:

1. Devreyi Şekil 3.5'deki gibi kurunuz. R2=10 K olacaktır.

2. Giriş kaynağının (+) ve (-) bölümlerini sırasıyla +12 volta ve -12 volta ayarlayınız.

3. +12 volt besleme gerilimlerini devreye uygulayınız.

4. İşaret üretecinin çıkışını, Frekansı 1 KHz, Genliği 1V(t-t) olan bir sinüssoidal işarete ayarlayınız.

5. Osiloskobunuzun A kanalına giriş işaretini, B kanalına da çıkış işaretini uygulayınız.Her iki kanalı da, frekansı 1 KHz genliği 1 volt olabilecek bir işareti en iyi şekilde görüntüleyebilecek biçimde ayarlayınız. (B kanalı için daha sonra yeniden ayarlama yapmak gerekebilir).

6. İşaret üretici çıkışı devre girişine uygulayınız.

a). Vgr ve Vçk işaretlerini osiloskop ekranında bir arada gözleyiniz. Aralarında faz farkı var mı?

b). Devrenin gerilim kazancını bulup Tablo 3.l'de ilgili haneye not ediniz.

7. R2 direncini 33K yapınız. Devrenin gerilim kazancı, bu durumda ne kadar oluyor? Tablo 3.1’de ilgili haneye yazınız.

Tablo 3.1 R2(K) Av

10 33 100

8. R2 direncinin değerini 100K yapınız. Devrenin gerilim kazancını bulup, Tablo 3.1’de ilgili haneye yazınız.

9. Tablo 3.1’deki sonuçlara göre;

a).

1

1 2

R

A_v = +R oluyor mu?

b). Deneysel olarak bulduğunuz sonuçları ön çalışma 1’deki bulduklarınız ile karşılaştırınız.

10. Eviren yükselteç için bulduğunuz sonuçları hatırlayarak. Evirmeyen yükselteç kazancının aynı şartlar altında, eviren yükselteç kazancından daima 1 fazla olduğunu gözlediniz mi?

11. R1= 10K ve R2= 100K iken, işaret üretecinin frekansını yavaş yavaş artırınız. Çıkış işareti, hangi frekans değerinde 1 KHz'deki genliğinin üçte ikisine iniyor? Bu değeri not

ediniz ve ön çalışma 2’de bulduğunuz sonuç ile karşılaştırınız. Farklılık var mı? Niçin?

12. Eviren yükselteç için bulduğunuz sonucu hatırlayınız. Eviren ve evirmeyen yükselteçlerin, yaklaşık aynı gerilim kazançlarında, benzer band genişliğine sahip olduklarını gözlemlediniz mi?

Şekil 3.5

DENEYSEL ÇALIŞMA --- 4 ---

KONU:

Op-amp uygulaması olarak gerilim izleyici (Voltage follower) sini incelemek.

ÖN BİLGİ:

Gerilim izleyici devresi, isminden de anlaşılacağı gibi, gerilim kazancının 1 ve giriş-çıkış işaretlerinin aynı fazda olduğu bir yükselteçtir. Bu özellikler, kazancı 1 olan evirmeyen yükselteç ile sağlanabilir. Böyle bir devre Şekil 4.1’de görülmektedir.Bu devrenin kazancı 1 olduğu için band genişliği de oldukça yüksektir, empedansı büyük, çıkış empedansı ise çok küçüktür.

Şekil 4.1

ÖN ÇALIŞMA:

1. 747 op-amp'ı kullanılarak yapılan bir gerilim izleyici devresinin band genişliğini hesaplayınız.

2. Daha önceki deneylerde incelenen transistor devrelerinden emiter izleyici devresi ile op- amp’lı gerilim izleyici devresini karşılaştırıp benzerlikleri sıralayınız.

DENEYDE KULLANILACAK DEVRE ELEMANI VE CIHAZLAR:

1 adet 74 7 op-amp 1 adet işaret üreteci 1 adet osiloskop.

DENEY:

1. Devreyi Şekil 4.2’deki gibi kurunuz.

2. Güç kaynağının (+) ve (-) bölümlerini sırasıyla +12 volta ve -12 volta ayarlayınız.

3. ±12 volt besleme gerilimlerini devreye uygulayınız.

4. İşaret çıkışını, Frekansı 1 KHz, Genliği 1 V(t-t) olan bir sinusoidal dalgaya ayarlayınız

5. Osiloskobunuzun A kanalına giriş işaretini, B kanalına da çıkış işaretini uygulayınız. Her iki kanalı da, frekansını 1 KHz genliğini 1 volt olabilecek bir işareti en iyi şekilde görülecek biçimde ayarlayınız.

6. İşaret üretici çıkışını devre girişine uygulayınız. Vgr ve Vçk işaretlerini osiloskop ekranında bir arada gözleyiniz. İşaretler her bakımdan birbirinin aynısı mı?

7. İşaret üretecinin frekansını yavaş yavaş artırınız. Çıkış işaretinin genliği hangi frekans değerinde 1 KHz'dekinin üçte ikisine iniyor? Bu değeri not ediniz ve daha önceki deneylerde bulunan çeşitli op-amp devrelerine ait band genişlikleri ile karşılaştırınız.

Şekil 4.2

DENEYSEL ÇALIŞMA --- 5 ---

KONU:

Op-amp uygulaması olarak ‘toplar yükselteci’ (summing amplifier) incelemek.

ÖN BİLGİ:

Şekil 5.1’de, op-amp devresinin toplar yükselteç olarak kullanımı görülmektedir. Burada op-amp eviren yükselteç olarak çalışmakta olup çıkış:

)

( ₂

2 1 1

gr f gr f

çk V

R V R R

V = R + olarak yazılabilir.

Rf=R1=R2 seçilirse V_çk =V_gr1+V_gr2 olur. Burada (-) işaret op-amp'ın eviren yükselteç olarak çalışmasından kaynaklanmaktadır.

Şekil 5.1

ÖN ÇALIŞMA:

1. Şekil 5.2’deki devrenin çıkışında kaç volt gözleriz. Hesaplayınız.

2. Aynı soruyu Şekil 5.3'deki devre için de cevaplayınız.

Şekil 5.2 Şekil 5.3

DENEYDE KULLANILACAK DEVRE ELEMANI VE CİHAZLAR:

1 adet 1 K direnç 1 adet 2,2 K direnç 3 adet 10 K direnç 2 adet 33 K direnç

Yeterince kasa devre elemanı 1 adet 747 op-amp

1 adet sayısal multimetre.

DENEY:

1. Devreyi Şekil 5.4'deki gibi kurunuz.

2. Güç kaynağının (+) ve (-) bölümlerini sırasıyla,+12 volta ve -12 volta ayarlayınız.

3. ±12 volt besleme gerilimlerini devreye uygulayınız. Sayısal multimetre kullanarak;

a) V_gr1,V_gr2,V_çk gerilimlerini not ediniz. V_çk =V_gr1+V_gr2 oluyor mu?

b) Bulduğunuz sonucu, ön çalışma 1'de bulduğunuz sonuç ile karşılaştırınız.

4. Rf = 33 K yapınız. Sayısal multimetre kullanarak;

a) V_gr1,V_gr2,V_çkgerilimlerini ölçüp not ediniz. V_çk =V_gr1+V_gr2 eşitliği hala geçerli mi?

Değil ise niçin? Açıklayınız.

b) Bulduğunuz sonucu, ön çalışma 2'de bulduğunuz sonuç ile karşılaştırınız.

Şekil 5.4

DENEYSEL ÇALIŞMA --- 6 ---

KONU:

Op-amp uygulaması olarak çıkartma yapan devreyi (difference amplifier) incelemek.

ÖN BİLGİ:

Şekil 6.1’de op-amp devresinin çıkartma işlemini nasıl yaptığına ait devre görülmektedir.

Devrede superpozisyon teoremi uygulandığında; V_gr1'den dolayı

1 1

gr f çk

ı V

R

V =−R olur. V_gr2'den dolayı;

) 1 )(

(

1 3

2 3

2 R

R R

R V R

Vııçk _gr + ^F

= +

) 1 )(

(

1 3

2 3

2 R

R R

R V R

Vııçk _gr + ^F

= +

) 1 )(

(

1 3

2 3 2 1

1 R

R R

R V R R V

V R V

V ıçk ^f _{gr gr} ^F

çk ıı

çk +

+ +

−

= +

= olarak bulunur.

Şekil 6.1

Eğer R1=R2=R3=Rf ise: V_çk =V_gr2 −V_gr1 olur.görüldüğü gibi dever girişine uygulanana gerilimleri farkını almaktadır. R3=Rf ve R1=R2 olarak seçmek suretiyle, devreyi fark

yükselteci haline getirmek mümkündür. Örneğin, R3=Rf=100 K ve R1=R2=10 K ise devre çıkışında giriş işaretleri arasındaki farkın 10 katı görülecektir.

ÖN ÇALIŞMA:

1. Şekil 6.2’deki devre çıkışı kaç volttur? Hesaplayınız.

Şekil 6.2 Şekil 6.3

DENEYDE KULLANILACAK DEVRE ELEMANI VE CİHAZLARI:

1 adet 2.2 K direnç 1 adet 5,6 K direnç 4 adet 10 K direnç 3 adet 33 K direnç

Yeterince kısa devre elemanı 1 adet 747 op-amp

1 adet sayisal multimetre.

DENEY:

1. Devreyi Şekil 6.4’deki gibi kurunuz.

2. Güç kaynağının(+) ve (-) bölümlerini sırasıyla, +12 volta ve -12 volta ayarlayınız.

3. ±l2 volt besleme gerilimlerini devreye uygulayınız.

4. Sayısal multimetre kullanarak;

a) V_gr1,V_gr2,V_çk gerilimlerini not ediniz. V_çk =V_gr2 −V_gr1 oluyor mu?

b) Bulduğunuz sonucu, ön çalışma l'de bulduğunuz sonuç ile karşılaştırınız.

5. R3=Rf=33 K yapınız. Sayısal multimetre kullanarak, a) V_gr1,V_gr2,V_çk gerilimlerini not ediniz

V_çk =V_gr2 −V_gr1 hala geçerli mi? Değilse niçin? Açıklayınız.

c) Devre fark yükselteci olarak çalışıyor mu?

Şekil 6.4

DENEYSEL ÇALIŞMA --- 7 ---

KONU:

Op-amp uygulaması olarak türevleyici (differentiator) devresini incelemek.

ÖN BİLGİ:

Türevleyici devresi, genel olarak bir eviren yiikselteç özelliğindedir (Şekil 7.l). Fark olarak girişte direnç yerine kondansatör (Cgr ) bulunmaktadır. Devre, girişine Şekil 7.1 uygulanan periyodik işaretin türevini alarak çıkışa aktarır. Bu işlem formüllerle, kısaca, şu şekilde açıklanabilir. Op-amp devresinin giriş empedansı çok yüksek olduğundan X noktasındaki gerilim yaklaşık, 0 volt (+ uçtaki gerilim) civarındadır. Buna göre; C kondansatörü üzerinden akacak akım;

Igr =Cgr.dVgr/dt olur.

Şekil 7.1

Çıkış gerimi ise; V_çk =R_fİ_f olarak yazılabilir (X noktası yaklaşık 0 V olduğundan).

dt C dV R

V_çk =− _{f gr} ^gr olacaktır. Görüldüğü gibi, Şekil 7.1’deki devre girişine uygulanan Vgr

işaretinin türevini alıp dt dV_gr

belirli bir sabit ile (Rf Cgr) çarparak çıkışına aktarmaktadır.

Şekil 7.1'deki devre uygulamada bu haliyle yeterli değildir. Çünkü Cgr kondansatörü yüksek frekanslardaki işaretlere kısa devre gibi davranacağından yükselticin kazancı artar, çıkış bu frekanslar için yüksek değerlere ulaşır.Vgr işaretinin frekansı yüksek olmasa bile beraberinde görültü mevcut olabilir. Gürültü işareti çok geniş frekans tayfına sahip olduğundan, Şekil 7.1’deki devre gürültünün yüksek frekans bölümü olduğu gibi

frekanslar için bir sınır koymak gerekir. Bu işlem Şekil 7.2’de görüldüğü gibi bir Rgr direncinin eklenmesi ile sağlabilir. Artık devrenin maksimum kazancı Rf/Rgr olarak sınırlandırılmıştır.

Şekil 7.2

Bu devrenin türevleyici olarak çalışabilmesi için 2 koşulun sağlanması gerekir.

1. Giriş işaret frekansı; _c

gr gr

gr f

C

f ≤ R =

π 2

1 olmalıdır. Bu değerden frekansa sahip

frekanslar için devre türevleyici olarak çalışmaz.

2. Devrede Rf Cgr çarpımı ‘zaman sabitesi olarak isimlendirilir. Giriş işaretinin peryodu yaklaşık bu değer civarında olmalıdır.

Örnek: Şekil 7.3’deki devre frekansı 1 KHz bir sinüsoidal işaret için türevleyici olarak çalışabilirmi?

Şekil 7.3

π π

π 2

10 10

1 , 0 10 2

1 2

1 ⁴

6

3 =

∗

∗

= ∗

= ₋

gr gr

c R C

f Bu durumda fgr<fc olur.

Devrenin zaman sabitesi, C_grR_f =0,1*10⁻⁶*10*10³ =1msn

Giriş işaretinin peryodu, msn KHz

T f

gr

gr 1

1 1

1 = =

= .

Görüldüğü gibi, giriş işaretinin peryodu, devrenin zaman sabitine eşittir. Şu halde, devre 1 KHz frekansı sinüsoidal işaret için türevleyici olarak çalışabilir. Şekil 7.3’deki devrenin söz konusu işaret için türevleyici olarak çalışabileceğini kanıtladıktan sonra, devre girişine 0,5 V genlikli ve 1 KHz frekanslı bir sinüsoidal uygulandığında çıkışta görülecek işaretin ne tip bir işaret olduğunu araştıralım; Giriş işaretini,

t V

ft V

gr gr

) 1000 ( 2 sin

* 5 , 0

2 sin

* 5 , 0

π π

=

=

olarak formülize etmek mümkündür.

dt RfCgrdVgr

V_çk =− olduğuna göre

) ) 1000 ( 2 sin 5 , 0 ( ) 1 , 0 )(

10

( t

dt F d K

V_çk =− µ π

) ) 1000 ( 2 )(cos 1000

* 2

* 5 , 0 )(

1 , 0 )(

10

( K F t

V_çk =− µ π π

t V_çk =−3,14cos2π(1000) olur.

Şu halde çıkış işareti, 3,14 V tepe değerli ve 1 KHz frekanslı bir cosinüs eğrisidir.

NOT:

dt

d sin 2π f t = 2π f cos 2 π f t olur.

ÖN ÇALIŞMA:

1. Şekil 7.4’deki devre girişine, Şekil 7.5’deki işaret uygulandığında devre türevleyici olarak görev yapar mı? fc ve fgr frekanslarını ve devre sabiti ile Tgr değerini karşılaştırarak bu sonuçlara dayandırınız.

Şekil 7.4 Şekil 7.5

Şekil 7.4’deki devre girişine, Şekil 7.5’deki işaret uygulandığında çıkış işaretinin şekli, frekansı ve genliği ne olur açıklayınız? Vgr ve Vçk işaretlerini alt alta çiziniz.

Yol Gösterme: Şekil 7.5’deki işaretin genel çizimi Şekil 7.6’da gösterilmiştir.

Şekil 7.6

Burada a b arasındaki doğru parçası t₁ msn kadar süre içinde –V den + V’ye çıkmaktadır.

Denklemi t

t V V

V_ab 2 *

1

+

−

= olarak yazılabilir. Çünkü t=0 olduğunda Vab=-V t=t₁

olduğunda Vab= +V olmaktadır. bc arasındaki doğru parçası ise t₁ ile 2t₁ arasıda +V den –V ye inmektedir.

Denklemi,

Çünkü, olur.

) (

2 ₁

1

t t t V V

V_bc =+ − − t =t₁olduğunda V_bc =+V

2t

t= ₁ olduğunda V_bc =−V olmaktadır.

t t V V V

V_{gr ab}

1

+2

−

=

= olduğunda,

) 2

( V t

d V C R

V = − +

) (

t1

C V R V_çk =− _{F gr}

1

2 t

C V R

V_çk =− _{F gr} olur.

) (

2 ₁

1

t t t V V V

V_gr = _bc =+ − − olduğunda ise,

)) ( 2

( ₁

1

t t t V V dt C d R

V_çk =− _{F gr} − −

) 2 (

t1

C V R

V_çk = _{F gr} −

1

2 t

C V R

V_çk = _{F gr} olur.

Buna göre V işaretinin (_çk V ’in tamamı için) genliği, _gr

1

2 t

C V

R_{F gr} olan bir kare dalga olacağı açıktır. Bu bilgilerin ışığı altında ön çalışma 2’yi cevaplayınız.

DENEYDE KULLANILCAK DEVRE ELEMANI VE CİHAZLARI:

1 adet 10 K direnç

Yeterince kısa devre elemanı 1 adet 10 nF kondansatör 1 adet 747 op-amp 1 adet işaret üretici 1 adet osiloskop

DENEY:

1. Devreyi Şekil 7.7’deki gibi kurunuz.

2. Güç kaynağının (+) ve (-) bölümlerini sırasıyla +12 V’a ve -12 V’a ayarlayınız. ± besleme gerilimlerini devreye uygulayınız.

3. İşaret üretici çıkışını, Frekansı 1 KHz, Genliği 2 V_t−t olan bir üçgen dalgaya ayarlayınız.

4. Osiloskobun A kanalına giriş işaretini, B kanalına ise çıkış işaretini uygulayınız. Her iki kanalı da; frekansı 1 KHz, genliği 1 volt olabilecek bir işareti en iyi şekilde görüntüleyecek biçimde ayarlayınız.

5. İşaret üreteci çıkışını, devre girişine uygulayınız.

a) V ve _gr V işaretlerini birlikte gözleyip, aralarındaki farkları not ediniz. Devre türev alıcı _çk olarak çalışmışmıdır?

b) V işaretinin tepe genliğini ölçüp net ediniz. Bu sonucu, ön çalışma 2’de bulduğunuz _çk sonuç ile karşılatırınız.

6. Girişi uygulanan üçgen dalganın genliği aynı kalmak koşuluyla frekansını yarıya indiriniz. (0,5 KHz).

7. Çıkışta gözlediğiniz işarette ne gibi değişiklikler oldu? Bu değişiklikleri nasıl açıklarsınız?

8. Girişe uygulanan üçgen dalganın genliği aynı kalmak koşuluyla frekansını 20 KHz yapınız. Çıkış işaret şekli, öncekilere kıyasla değişti mi? Niçin? Devrenin gerilim kazancı ne

kadar? Bu kazanç 10

1 10 =

=

= K

K R

A R

gr F

v sonucuna yakın mı? Devre sadece eviren yükselteç gözüyle bakılabilir mi? Niçin? Açıklayınız.

Şekil 7.7

DENEYSEL ÇALIŞMA --- 8 ---

KONU:

Op-amp uygulaması olarak integratör devresini incelemek.

ÖN BİLGİ:

İntegratör devresi, genelde, girişine uygulanan işaretin integralini alır ve çıkışa aktarır. Bu işlemi yapan bir op-amp devresi Şekil 8.1’de görülmektedir. Dikkat edilecek olursa, türevleyici devresindeki direnç ve kondansatörlerin yerlerini değiştirmek suretiyle integratör devresi elde edilmektedir. Bu devrede de x noktasındaki gerilim op-amp çıkış özelliğinden dolayı, 0 V civarındadır.

Şekil 8.1

Bu durumda;

gr gr

gr R

İ = V yazılabilir.

∫

= ^t _{f f gr}

F

çk İ dt İ İ

V C

0

1 ve

olduğuna göre

∫

∫

−

=

t t

gr gr gr

F

çk dt

R dt V

C İ V

0 CF 0

- 1 1

dt R V

V C

t

gr gr F

çk ⁼⁻

∫

0

1

Olarak bulunur. Bilindiği gibi integral anlam olarak bir eğrinin altında kalan alana karşılık gelmektedir. Op-amp devresindeki giriş ofset geriliminin giderek op-ampı doyuma

Cf kondansatörüne paralel bir R1 direnci bağlanarak yapılır (Şekil 8.2). Giriş polarma akımlarının eşit olmayışından doğacak ofset gerilimini ve dolayısıyla bu gerilimin etkilerini gidermek amacıyla Şekil 8.3’te görüldüğü üzere R2 direnci kullanılır.

Şekil 8.2 Şekil 8.3

Bu direncin değeri R₂ =R₁//R_gr

gr gr

R R

R R R

= +

1 1

2 olmalıdır. Devrenin bir integratör olarak görev yapabilmesi için girişine uygulanan frekansı (fgr)

f c

gr f RC

f

2 1

1

= π

≥ olmalıdır.

Ayrıca devrenin zaman sabitesi (

f grC R

1 ) ile girişine uygulanan işaretin peryodu birbirlerine

yakın değerde olmalıdırlar. fgr<fc olduğunda devre eviren yükselteç olarak çalışır ve çıkışta girişin

Rgr

R₁

kadar yükseltilmişi görülür. İntegral alma işlemi türev almanın tersi olduğundan bir integratör girişine kare dalga uygulandığında çıkışta üçgen dalga elde edilir.

ÖN ÇALIŞMA:

1. Şekil 8.4’deki devre girişine Şekil 8.5’deki işaret uygulandığında devre integratör olarak çalışır mı? fc ile fgr frekanslarını ve devrenin zaman sabiti ile Tgr değerini karşılaştırarak cevabınızı bu sonuçlara dayandırınız.

2. Şekil 8.4’deki devre girişine Şekil 8.5’deki işaret uygulandığında çıkış işaretinin şekli, frekansı ve genliği ne olur? Açıklayınız. Vgr ve Vçk işaretlerini alt alta çiziniz.

Şekil 8.4 Şekil 8.5

Yol Gösterme: 0 ile 0,5 msn arasında dt

R V V C

t

gr gr F

çk ⁼⁻

∫

0

1 İdt

R V C

t

gr F

çk ⁼⁻

∫

0

1 t

C V R

f gr çk

− 1

=

Bu bir

F grC R

− 1 eğimli doğru denklemidir ve tepe değerini t=t₁ =0,05*10⁻³sn anında alır.

Bu durumda V_çk tepe t I 0,5 V

10

* 01 , 0

* 10

* 10 ) 1 (

103

* 05 , 0 6 0

3 =−

−

=

−

− olur. 0,05 msn ile 0,1 msn arasındaki durum buna benzer şekilde hesaplanabilir.

DENEYDE KULLANILACAK DEVRE ELAMANI VE CİHAZLAR:

3 adet 10 K direnç 1 adet 100 K direnç

Yeterince kısa devre elamanı 1 adet 0,01 µF kondansatör 1 adet 747 op-amp

1 adet işaret üreteci 1 adet osiloskop

DENEY:

1. Deneyi Şekil 8.6’daki gibi kurunuz. Kurduğunuz devreyi öğretmenize kontrol ettiriniz.

2. Güç kaynağının (+) ve (-) bölümlerini sırasıyla +12V ve -12V ‘a ayarlayınız. ±12V besleme gerilimlerini devreye uygulayınız.

3. İşaret üreteç çıkışını, Frekans 10KHz, Genliği 2V(t-t) olan bir kare dalga ayarlayınız.

4. Osiloskobunuzun A kanalına giriş işaretini B kanalına ise çıkış işaretini uygulayınız. Her iki kanalıda frekansı 1KHz genliği 1V olabilecek işareti en iyi şekilde görüntüleyecek biçimde ayarlayınız.

5. İşaret üretici çıkışını, devre girişine uygulayınız.

a) Vgr ve Vçk işaretlerini birlikte gözleyip aralarındaki farkları not ediniz. Devre integral alıcı olarak çalışmıdır?

b) Vçk işaretinin tepe genliği ölçüp not ediniz. Bu sonucu ön çalışma-2’deki bulduğunuz sonuç ile karşılaştırınız?

c) Vçk gerilimi 0V etrafında mı salınıyor? Niçin? R1=100K direncine paralel 10K bağlayınız ne oldu? Niçin?

6. Girişe uygulanan kare dalganın genliği aynı kalmak koşuluyla frekansını 5KHz yapınız.

Çıkışta gözlediğiniz işarette ne gibi değişiklikler oldu? Bu değişiklikleri nasıl açıklarsınız?

7. Girişe uygulanan kare dalganın genliği aynı kalmak koşuluyla frekansını 50 Hz yapınız.

Çıkış işaret şekli öncekilere kıyasla değişti mi? Niçin? Devrenin gerilim kazancı ne kadar bu

kazanç 10

10

1 =100 =

=

gr

v R

A R sonucuna yakın mı? Devreye artık sadece eviren yükselteç

gözüyle bakmak doğru olur mu? Niçin? Açıklayınız.

Şekil 8.6

DENYESEL ÇALIŞMA --- 9 ---

KONU:

Kıyaslayıcı (comparator) devesini incelemek.

ÖN BİLGİ:

Op-amp devresine dışarıdan geri besleme uygulanmadığı sürece kazancı çok yüksektir. Şekil 9.1’de Vgr ve Vref gerilimleri arasında çok küçükte olsa fark varsa bu fark op-ampın açık devre kazancı( 20 000 civarında ) ile çarpılır ve çıkışa yaklaşık olarak +V ve –V görülür.

Şekil 9.1

Şekil 9.1’deki kıyaslayıcı, evirmeyen özelliktedir. Çünkü Vgr(+) uca uygulanmıştır.

Vgr>Vref olduğunda Vçk= + V ( yaklaşık ) Vgr<Vref olduğunda Vçk=-V (yaklaşık) olur.

Tersi durumda eviren kıyaslayıcı elde edilir. Eğer kıyaslayıcı devresi bir TTL devreyi sürecek ise o zaman Şekil 9.2’de görülmektedir.

Şekil 9.2

Vgr>Vref olduğunda: Vçk= 5 V

Vgr< Vref olduğunda: Vçk=- 0.6 V olur.

Bu şekilde kıyaslayıcı çıkışı TTL devre girişine bağlanabilir. Deneylerde kullanılacak 747 op-amp devresinin maksimum dayanabileceği diferansiyel giriş ± 30V civarındadır. Buna

göre Vgr ile Vref arasındaki gerilim farkı hiçbir zaman 30 voltu aşmamalıdır. Örneğin Vgr=18 V Vref=-18 V olması halinde op-amp hasara uğrar.

Kıyaslayıcı devresi A/D (analog to digital) çeviricilerde delta modülatörlerinde ve daha bir çok alanda kullanılan önemli bir devredir.

ÖN ÇALIŞMA:

1. Şekil 9.3’deki devrede Vgr=0.8 V Vref= 0.7 V olduğuna göre Vçk gerilimini bulunuz.

Devre ne tür kıyaslayıcıdır?

Şekil 9.3

2. Aynı soruyu Zd diyotu nu yok varsayarak cevaplayınız.

3. R1, R2, R3 dirençleri niçin gereklidir?

DENEYDE KULLANILACAK DEVRE ELEMANI VE CİHAZLAR:

1 adet 270 Ω direnç 2 adet 1 K direnç 3 adet 10 K direnç 1 adet 33 K direnç

1 adet 10 K potansiyometre Yeteri kadar kısa devre elemanı 1 adet 747 tümleşik op-amp devresi 1 adet 1N4002 diyot

1 adet BC238B transistör 1 adet led

1 adet 3 V zener

1 adet sayısal multimetre

DENEY:

1. Devreyi Şekil 9.4’deki gibi kurunuz. R1=R2=10K olmalıdır dikkat ediniz.

2. Besleme gerilimleri +12 V ve -12 V’a ayarlayınız.

3. Kurduğunuz devreye gerilim uygulayınız.

4. Sayısal multimetreyi DC gerilim ölçümüne hazırlatıp devre çıkışına bağlayınız.

5. P potasiyometresini saat yönü olarak sonuna kadar çeviriniz.

6. Vgr , Vref ve Vçk gerilimlerini ölçüp not ediniz. Durum kurumsal bilgilerle uyum içinde mi? Devre evirmeyen kıyaslayıcı olarak mı çalışıyor?

7. Vçk gerilimi +12 V’luk kaynak gerilimine ulaşana kadar potansiyometreyi saat yönüne ters olarak çevirininiz. Tam geçiş anındaki Vgr , Vref ve Vçk değerlerini kaydediniz.

Bu Vgr değerini ölçünüz. Bu değeri Vref ile kıyaslayınız. Durum kurumsal bilgilerle uyumlu mu?

8. Devreyi Şekil 9.5’deki duruma getiriniz. R3= 10K olduğunda emin olunuz. Daha küçük değer op-amp’ın yanmasına neden olur.

9. Vgr= 6 V ve Vref = 3 V için LED’in durumunu gözleyiniz. Bu devrede D diyotunun görevi nedir? Devrenin çalışmasını kısaca açıklayınız.

10. Vref gerilimini hassas biçimde ölçüp not ediniz. Vgr gerilimini, Vref geriliminin 20 mV üstüne ayarlayıp LED’in durumuna bakınız. Aynı işlemi, Vgr gerilimini Vref geriliminin 230 mV altına ayarlayıp yineleyiniz. Devre 20 mV’luk farkı dahi değerlendirebiliyor mu?

Şekil 9.4

Şekil 9.5

DENEYSEL ÇALIŞMA --- 10 --- KONU:

PWM üretici SG3524 ile Buck (azaltan) çevirici devresini incelemek.

ÖN BİLGİ:

DA çeviricilerin en önemli uygulamaları anahtarlamalı güç kaynakları ve DA motor sürme devreleridir. Bu uygulamada, DA çeviricinin anahtarlama sinyalleri darbe genişlik modülasyonlu (PWM) çıkış sinyali üreten SG3524 entegresi ile sağlanmaktadır. Belli frekanstaki bir sinyalin çalışma oranının (D) başka bir giriş sinyali ile kontrol edilmesi olayına darbe genişlik modülasyonu denir. Çalışma oranı D Şekil 10.1’ de gösterildiği gibi zamanının periyot uzunluğuna (Ts) oranı olarak tanımlanır.

Şekil 10.1

Değişik çalışma oranları bir Vs doğru geriliminin testere dişi bir dalgayla karşılaştırılması ile elde edilir (Şekil 10.2).

Şekil 10.2

PWM üretici SG3524 ile Buck (azaltan) çevirici çalışma prensibi Şekil 10.3’de ve çalışma oranı D %25 ve %75 iken PWM ve ortalama çıkış sinyalleri Şekil 10.4’de gösterilmektedir.

Şekil 10.3 Şekil 10.4

DENEYDE KULLANILACAK DEVRE ELEMANI VE CİHAZLAR:

1 adet 270 nF kondansatör 1 adet 1000 uF kondansatör 1 adet 1 K direnç

1 adet 10 K direnç 1 adet 100 uH bobin

1 adet 10 K potansiyometre 1 adet 22 K potansiyometre Yeteri kadar kısa devre elemanı 1 adet SG3524 entegresi 1 adet BA158 diyot 1 adet BC516 transistör 1 adet sayısal multimetre

DENEY:

1. Devreyi Şekil 10.5’deki gibi kurunuz.

2. Besleme gerilimleri +12 V’a ayarlayınız.

3. Kurduğunuz devreye gerilim uygulayınız.

4. Sayısal multimetreyi ve osiloskobu DC gerilim ölçümüne hazırlatıp devre çıkışına bağlayınız.

5. P1 ve P2 potansiyometresini çeviriniz.

6. Görev devrini (D) değiştirerek Vçk gerilimlerini ölçüp not ediniz ve osiloskop dalga şekillerini çiziniz.

P1

P2

Şekil 10.5

Şekil 10.6. SG 3524 blok diyagramı (iç yapısı).

DENEYSEL ÇALIŞMA --- 11 --- KONU:

Op–amp kullanarak hassas tam dalga doğrultmaç yapmak.

ÖN BİLGİ:

Hassas, tam dalga doğrultmaç devresi Şekil 11.1’de görülmektedir. Burada 1. op-amp hassas yarı dalga doğrultmaç olarak, 2. op-amp ise toplar devre (eviren) olarak görev yapmaktadırlar.

Şekil 11.1

Vgr işaretinin negatif alternansları doğrultulmakta ve pozitif olarak 1. op-amp çıkışına (V1) aktarılmaktadır. Bu sırada op-amp’ ın gerilim kazancı 1’dir. 2.op-amp’ ın (-) ucuna hem Vgr ve hem de V1 işaretleri birlikte gelmektedirler. Normal olarak, R4=2R5 seçilir. Böylece Vgr’in pozitif alternanslarında V1=0’dır ve Vçk = -Vgr olur (R6=R4 seçilir). Vgr‘in negatif alternanslarında ise, Vçk = - (2V1+Vgr ) olur (R6=2R5 olduğundan). Bu sırada V1=Vgr olduğundan, Vçk= -(-2Vgr + Vgr) = Vgr olur. bu sırada Vgr negatiftir. Anlatılanlar Şekil 11.2’de çizilmişlerdir inceleyiniz.

Şekil 11.2

ÖN ÇALIŞMA:

Şekil 11.3’deki devrede, D1 ve D2 diyotlarının yönleri çevrilirse çıkış işaretinden ne gibi bir değişiklik meydana gelir? Kısaca açıklayınız.

DENEYDE KULLANILACAK DEVRE ELEMANI VE CİHAZLAR:

1 adet 2,2 K direnç 1 adet 4,7 K direnç 4 adet 10 K direnç

Yeterince kısa devre elemanı 2 adet BA158 diyot

1 adet 747 tümleşik op-amp 1 adet işaret üreteci

1 adet osiloskop

DENEY:

1. Deneyi Şekil 11.4’deki gibi kurunuz.

2. (+)ve (-) kaynakları +12 V ve –12V değerlerine ayarlayınız.

3. Kurduğunuz devreye (+) ve (-) gerilimleri aynı anda devrenize uygulayınız.

4. İşaret üretecinizin çıkışını 1 V (t-t) genlikli ve 500 Hz frekanslı bir sinüsoidala ayarlayınız.

5. Osiloskobun A kanalına Vgr işaretini, B kanalına da V1 işaretini uygulayıp birlikte gözleyiniz. Her iki kanal girişi de DC konumda olmalıdır. Vgr ve V1 işaretlerini, genlik değerlerini de belirterek alt alta çiziniz. İlk op-amp yarım dalga doğrultmaç olarak çalışıyor mu?

6. Osiloskobun B kanalından V1 işaretini ayırıp Vçk işaretini bağlayınız. Vçk işaretini Vgr ve V1 işaretlerinin altına çiziniz.

7. Devre tam dalga doğrultmaç olarak çalışmış mıdır? İkinci op-amp eviren toplar yükselteç olarak görev yapıyor mu?

8. Giriş işaretinin genliği 200 mV (t-t) değere düşürünüz. Devre hala tam dalga doğrultmaç olarak çalışmakta mı? Bu kadar küçük genlikli AC işareti normal diyotlarla doğrultmaya imkan var mı?

9. Giriş işaretinin genliği yeniden 1 V (t-t) yapınız. R5 direncini (1,5K’yı kısa devre ederek) 3,6 K yapınız. Vçk işaretinde meydana gelen değişikliği ve nedenini yazınız.

10. Devrenin ±12 V besleme gerilimlerini kesiniz. R5 direncini tekrar ilk değerine getiriniz.

11. D1 ve D2 diyotlarının yönlerini ters çeviriniz.

12. Tekrar ±12 V gerilimlerini devreye uygulayınız.

13. Vgr ve Vçk işaretlerini osiloskopta gözleyiniz. Dalgaların yönü pozitifleşti mi? Bu durum ön çalışmada bulduğunuz sonuç ile uyum içinde mi?

14. Op-amp kullanılan yarım ve tam dalga doğrultmaçlar çok küçük genlikli AC işaretlerini doğrulta bildiklerine göre; Sayısal multimetreler de bu tip devreler kullanılır mı?

Şekil 11.4

DENEYSEL ÇALIŞMA --- 12 --- KONU:

Op-amp kullanarak gerilim regülatörü yapmak ve çalışmasını incelemek.

ÖN BİLGİ:

Op-amp kullanılarak çok çeşitli gerilim regülatörleri yapmak mümkündür. Şekil 12.1’de böyle bir devre görülmektedir. Devrede regüle edilecek gerilim Vgr olarak op-amp’ın (+V) ucuna uygulanır. Op-amp (-V) ucu toprağa bağlanır. Şu halde, bu devrede tek polariteli besleme gerilimi kullanılmaktadır. Vgr gerilimi devreye uygulandığında Vçk işareti pozitifleşmeye başlar. Vçk<Vz olduğu sürece zener diyot yalıtkandır.

Şekil 12.1

Vçk>Vz olunca zener diyot iletkenleşir ve kırılma gerilimine eşit bir gerilim x noktasında oluşur. (V_REF =V_z olur). Artık bundan sonra op-amp’ın pozitif girişine sabit V_REF gerilimi uygulanmaktadır. Bu sırada op-amp evirmeyen yükselteç olarak çalıştığından;

) 1 (

1 2

R V R

V_çk = _REF + olur. Bu durumda hem Vçk ve hem de Vz gerilimleri regüleli olduklarından Zd içinden akan akım oldukça kararlıdır. Bu durum, hep Vref’in ve dolayısıyla da, Vçk’ın kararlı olmasına yol açar. R2 ve R1 dirençleri ile Vçk gerilim değerini ayarlamak mümkündür.

ÖN ÇALIŞMA:

Şekil 12.1’deki devrede Vz=3 V R2=2,2 K, R1=3,3 K, R3=370 Ohm olduğuna göre Vgr’in 10 ile 20 V arasında değişmesi sırasında Vçk ne değer alır? Zener içinden aka akımı hesaplayınız.

DENEYDE KULLANILACAK DEVRE ELAMANI VE CİHAZLARI:

1 Adet 100 ohm direnç 1 Adet 270 ohm direnç 1 Adet 2,2 K direnç 1 Adet 3,3 K direnç 2 adet 33 K direnç 1 adet 3 V zener

Yeterince kısa devre elamanı 1 adet 747 tümleşik op-amp deversi 1 adet sayısal multimetre

DENEY:

1. Devreyi Şekil 12.2’deki gibi kurunuz.

2. Güç kaynağını çıkışını +12 V’a ayarlayınız.

3. Rk1=Rk2=33 K dirençleri devre girişlerini korumak için konumlulardır. Doğru bağlandıklarını kontrol ediniz.

4. Kurduğunuz devreye gerilim uygulayınız.

5. Sayısal multimetre ile Vçk gerilimini ölçünüz. Sonucu Tablo 12.1’de ilgili haneye not ediniz.

6. Tablo 12.1’de verilen diğer Vgr değerlerini sıra ile oluşturup her seferinde Vçk gerilimini ölçünüz. Sonuçları Tablo 12.1’de ilgili hanelere yazınız.

7. Tablo 12.1’deki sonuçlara göre;

a) Örnek 1’deki devre çıkışında, geriş 10 V ile 20V arasında değişirken sabit gerilim görülüyor mu?

b) Bu durumda devre gerilim regülatörü olarak görev yapmış mıdır?

c) Vçk geriliminin değerini ön çalışmada bulduğunuz değer ile karşılaştırınız. Fark varsa, bu neden kaynaklanmaktadır? Ölçüm yaparak kanıtlayınız.

2 ,

1 =2

R K yaparak

1 2

R

R oranını büyültünüz.

Bu durumda Vçk gerilimi ne oldu? Bu gerilimdeki artışın 2 nedenini yazınız. Cevabınızı ölçüm yaparak kanıtlayınız.

Tablo 12.1 Vgr(V) Vçk(V)

10 12 16 18 20

Şekil 12.2

DENEYDE KULLANILAN OPAMP BACAK BAĞLANTILARI

LM747

LM741

ELK 435 ENDÜSTRİYEL ELEKTRONİK LABORATUVAR DENEY ELEMANLARI LİSTESİ

OPAMP (2’şer adet) LM 741

LM 747

SG 3524 Entegre (1 Adet)

DİRENÇ

100 Ω (2 ADET) 270 Ω (2 ADET) 1 K; (3 ADET) 2.2 K; (3 ADET) 4.7 K; (3 ADET) 5.6 K; (3 ADET) 10 K; (10 ADET) 33 K; (4 ADET) 100 K; (3 ADET) 470 K; (3 ADET)

KONDANSATÖR (2’şer ADET) 10 nf

100 nf

1000 µF (1 adet)

BOBİN (1 ADET) 100 µH

DİYOT (2’şer ADET) 3V Zenerdiyot

1N4002 diyot BA158 diyot

TRANSİSTÖR (1’er ADET) BC516

BC238

POTANSİYOMETRE (1’er ADET) 10 K

22 K

E

4

E

E

L

D

R

Sonuçlar:

Deneyin Öğrencinin

No Adı No Adı Soyadı Aldığı Not

CH1 (Volt/Div): CH2 (Volt/Div): Time/Div:

İstenenler (devamı arka sayfaya)

CH1 (Volt/Div): CH2 (Volt/Div): Time/Div: