BRNC KUAK AKIM TAIYICI LE YEN TÜM-GEÇREN SÜZGEÇ DEVRELER

Bilgin Metin1 Emre Arslan 2 Oðuzhan Çicekoðlu3

Boaziçi Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Mühendislii Bölümü,

34342 Bebek-stanbul, TÜRKYE

Tel:+90-212-358 15 40, Fax: +90-212-287 24 65 1e-posta:bilginx@boun.edu.tr 2e-posta:emrears@boun.edu.tr

3e-posta:cicekogl@boun.edu.tr,

Anahtar kelimeler—Akım taıyıcı, CCI, Tüm-geçiren

ÖZET Akım taıyıcı 1968 yılında yaklaık olarak OPAMP ile aynı zamanda Sedra tarafından gelitirilmitir. Daha sonra bu akım taıyıcı birinci kuak olarak adlandırılmıtır. Birinci kuak akım taıyıcı en eski aktif devre elemanlarından biri olmasına ve OPAMP’a göre çok daha iyi bir frekans karakteristii göstermesine karın kendisine OPAMP kadar uygulama alanı bulamamıtır. Bu çalıma bu eski ama uzun süre ihmal edilen bu devre elemanıyla analog süzgeç alanında uygulama örnekleri vermeyi amaçlamaktadır. Bu çalımada akım taıyıcı ile birinci derece tüm-geçiren süzgeç topolojileri önerilmektedir. Tüm devreler tek kondansatör kullandıından, kondansatör açısından kanoniktir.

I. GR Akım taıyıcılar OPAMP’lara kıyasla daha yüksek dorusallıa , daha yüksek giri gerilimi aralıına ve daha yüksek frekans baarımına sahip aktif elemanlardır. Altı farklı çeit akım taıyıcı vardır. Pozitif ve negatif tip olmak üzere birinci, ikinci ve üçüncü kuak akım taıyıcılar. Balangıçta OPAMP aktif devre elemanlarının tek temsilcisi olarak görülse de, daha sonra akım modlu devrelerin yaygınlamasıyla FFTN, CFOA,CCI, CCII, CCIII gibi dier aktif devre elemanlarının yanında yerini almıtır.

Akım taıyıcılar süzgeç tasarımından osilatorlere, entegral ve türev alıcı devrelerden bobin benzetim devrelerine çok geni uygulama alanı bulmaya balamıtır. [1-14]. OPAMP’lardan farklı olarak akım taıyıcılar düük frekanslarda baskın bir kutuba sahip olmadıklarından kullanılabilinir frekans genilikleri daha yüksektir.

Akım taıyıcılar içerisinde birinci kuak akım

taıyıcı türünün ilk örnei olmasına karın, literatürde dier akım taıyıcılara kıyasla en az uygulama örnei bulan eleman olmutur. Bu sebeple bu açıı da doldurma kaygısıyla bu bildiride birinci kuak akım taıyıcılar ile birinci derece tüm-geçiren süzgeçler önerilmitir.

II. BRNC KUAK AKIM TAIYICI VE SUNULAN DEVRELER

z

Iy

Ix

Vy

Vx

Vz

Iz y

x CCI

ekil 1: CCI devre sembolü

ekil 1 de Birinci kuak akım taıyıcı görülmektedir ve aaıdaki matris eitliiyle karakterize edilir.

0 00 0

0 0

y y

x x

z z

i v

v i

i v

γβ

α

=

(1)

Burada α≅1, β≅1 ve γ≅1 akım taıyıcı için akım ve voltaj kazançlarını temsil etmektedir Birinci derece tüm-geçiren süzgecin transfer fonksiyonu da aaıdaki gibidir.

ττ

ss

KsVsV

i +−=

11

)()(0 (2)

ELEKTRÝK -ELEKTRONÝK - BÝLGÝSAYAR MÜHENDÝSLÝÐÝ 10. ULUSAL KONGRESÝ

307

ekil 2: Negatif direnç ile tüm-geçiren süzgeç elde edilmesi.

Burada K kazanç sabitidir ve K’nın iareti faz kaydırmanın 0 dan π’ye ya da π’den 0’a olmasını belirler. τ ise zaman sabitidir.

ekil 2 de görülen bir adet negatif direnç, bir adet pozitif direnç bir kondansatörden oluan yapı direnç elenme koulları altında birinci derece tüm-geçiren süzgeç devresi oluturmaktadır. Bu çalımamızdaki önerilen devreler ekil 2 de önerilen topoloji üzerinde yapılan sistematik bir çalımanın ürünüdür. ekil 3'te sunulan tüm-geçiren süzgeç devreleri görülmektedir. Tüm devreler Tablo 1 de verilen direnç elenme koulları altında tüm-geçiren süzgeç transfer fonksiyonunu gerçeklemektedirler. Tablo 1 de direnç elenme koulları ve transfer fonksiyonları verilmitir. Günümüzdeki tümleik devre teknolojisiyle %1 kadar hatalar ile direnç elemeleri yapmak mümkündür.

ekil 3: Önerilen tüm-geçiren süzgeç devreleri Önerilen devrelerden iki ve üç numaralı devrelerde CCI bacaklarına seri dirençler gelmektedir. Bunlar CCI iç yapısından kaynaklanan parazit direnç etkilerini yok edebileceklerdir. Böylece devreler CCI tasarımından kaynaklanan ideal olmayan etkilerden korunmaktadır

ekil 4'te iki numaralı devreye ilikin PSPICE benzetim sonucu görülmektedir. PSPICE benzetiminde R1=100 Ω , R2= 2KΩ, R3=2KΩ ve C=1nF olarak alınmıtır. Yapılan benzetimde ideal bir CCI ile tasarımı, Bruun [16] tarafından yapılan CCI karılatırılmıtır. Benzetim sonucunda devrenin MegaHerz’ler mertebesine kadar çalıtıı görülmektedir. ekil 4'te 10Mhz deerinden sonra görülen idealden sapma, CCI’ın tasarımından kaynaklanan parazit etkilerle açıklanabilir. Bu parazit etkiler eitlik (1) de α≅1, β≅1 ve γ≅1 terimleriyle açıklanmaktadır. ekil 4: ki numaralı devreye ait PSPICE benzetim

sonucu

Tablo 1. Elenme koulları ve transfer fonksiyonları

1.

1 32

3 12( 2 )G G

GG G

=+

3 1 3 1

3 1 3 1

( )( )

o

i

v G G sC G Gv G G sC G G

− +=+ +

2. 32 GG = 3

3

22

o

i

v G sCv G sC

−=+

3.2

1 2G

G = 2

2

o

i

v G sCv G sC

−=+

III. SONUÇ Çalımamızda Üç yeni tüm-geçiren süzgeç topolojisi birinci kuak akım taıyıcı kullanılarak önerilmitir. Önerilen devrelere ilikin PSPICE sonuçları megahertzlere kadar iyi bir performans göstermitir. Üretilen devreler ekil 2 deki yapıya dayanan sistematik bir çalımanın ürünüdür. ekil 2 deki yapıya dayanan daha farklı tüm-geçiren devre topolojileride bulunabilir.

Faz (derece)

Frekans

10Hz 100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz 10MHz Önerilen Ideal

-300

-200

-100

-0

ELEKTRÝK -ELEKTRONÝK - BÝLGÝSAYAR MÜHENDÝSLÝÐÝ 10. ULUSAL KONGRESÝ

308

KAYNAKLAR [1] Salawu, R.I., “Realization of an All-Pass Transfer Function

using the Second Generation Current Conveyor”, Proceedins of the IEEE, Vol 68, Iss 1, pp. 183-184, 1980.

[2] Higashimura, M., and Fukui, Y., “Realization of All-Pass and Notch Filters Using a Single Current Conveyo”r, International Journal of Electronics, Vol 65, Iss 4, pp. 823-828, 1988.

[3] Liu, S.I., Kuo, J.H., Tsao, H.W., Wu, J., and Tsay, J.H., “New CCII-based Differentiator and its Applications, International Journal of Electronics”, Vol 71, Iss 4, pp. 645-650, 1991.

[4] Chang, C.M, “Current Mode Allpass Notch and Bandpass Filter Using Single CCII, Electronics Letters”, Vol 27, Iss 20, pp. 1812-1813, 1991.

[5] Nandi, R., and Ray, S.B., “Precise Realization of Current-Mode Integrator Using Current Conveyor”, Electronics Letters, Vol 29, Iss 13, pp. 1152-1153, 1993.

[6] Bhaskar, D.R., and Senani, R., “New Current-Conveyor-Based Single-Resistance-Controlled Voltage-Controlled Oscillator Employing Grounded Capacitors”, Electronics Letters, Vol 29, Iss 7, pp. 612-614, 1993.

[7] Chang, C.M., Hwang, C.S., and Tu, S.H.,“Voltage-Mode Notch,Lowpass and Bandpass Filter Using Current-Feedback Amplifiers”, Electronics Letters, Vol 30, Iss 24, pp. 2022-2023, 1994.

[8] Celma, S., Martinez, P.A., and Carlosena, A., “Approach to the Synthesis of Canonic RC-Active Oscillators Using CCII”, IEE Proceedins-Circuits Devices and Systems, Vol 141, Iss 6, pp. 493-497, 1994.

[9] Fabre, A., and Alami, M., “Universal Current-Mode Biquad Implemented from 2 2nd Generation Current Conveyors”, IEEE Transactions on Circuits and Systems I-Fundamental Theory and Applications, Vol 42, Iss 7, pp. 383-385, 1995.

[10] Horng, J.W., Lee, M.H., and Hou, C.L., “Universal Active-Filter Using 4 Otas and One CCII, International Journal of Electronics”, Vol 78, Iss 5, pp. 903-906, 1995.

[11] Abuelmaatti, M.T., and Ghumaiz, A.A., “Novel CCI-Based Single Element Controlled Oscillators Employing Grounded Resistors and Capacitors, IEEE Transactions on Circuits and Systems I-Fundamental Theory and Applications”, Vol 43, Iss 2, pp. 153-156, 1996.

[12] Cicekoglu, O., and Kuntman, H., “Single CCII+ Based Simulation of Grounded Inductors”, Proceedings of the 1997 European Conference on Circuit Theory and Design ECCTD'97, pp. 105-109, Budapest-Hungary, 30 Aug.-3. Sept. 1997.

[13] Cicekoglu, O., and Kuntman, H., “The Design of EEG Signal (α, β, θ, and δ Band) Filters with Current Conveyors”, Proceedings of the 1997 European Conference on Circuit Theory and Design ECCTD'97, pp. 864-868, Budapest-Hungary, 30 Aug.-3. Sept. 1997.

[14] Cicekoglu, O., and Kuntman, H., “Novel CCII+ Based Relaxation Oscillator Employing Single Grounded Passive Element for Linear Period Control”, International Symposium on Signals, Circuits & Systems, SCS '97, pp. 385-388, 2-3 October 1997, Iasi-Romania

[15] Vosper, J.V., and Heima, M., “Comparison of single-and dual-element frequency control in a CCII- based sinusoidal oscillator”, Electronics Letters, Vol 32, Iss 25, pp. 2293-2294, 1996.

[16] E.Bruun, “Class AB CMOS First Generation Current Conveyor“, Electronics Letters, Vol.31 No.6, pp 422-423, March 1995

ELEKTRÝK -ELEKTRONÝK - BÝLGÝSAYAR MÜHENDÝSLÝÐÝ 10. ULUSAL KONGRESÝ

309