Elektronik Deney

TC

SAKARYA ÜNİVERSİTESİ

TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ

ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ

ELM202

ELEKTRONİK-II DERSİ

LABORATUAR FÖYÜ

DENEYİ YAPTIRAN:

DENEYİN ADI:

DENEY NO:

DENEYİ YAPANIN ADI ve SOYADI:

SINIFI: OKUL NO:

DENEY GRUP NO:

DENEY TARİHİ RAPOR TESLİM TARİHİ KONTROL

DEĞERLENDİRME

Ön Çalışma (%20)

Deney Sonuçları

(%20)

Sözlü (%20)

Deney Performansı

(%20)

Deney Raporu (%20)

TOPLAM

Elektronik Dersi Deney Föyleri Doc.Dr. Ali Fuat Boz

2

DENEY 16 : MOSFET KARAKTERİSTİKLERİNİN ÇIKARILMASI AMAÇ: MOSFET transistörün çalışmasının incelenmesi ve giriş-çıkış karakteristik eğrilerinin çıkarılması. TEORİ: Bilindiği gibi FET transistörler JFET ve MOSFET olmak üzere temelde iki kısımda incelenmektedir. Bundan önceki deneylerde JFET karakteristikleri ve polarma devreleri incelenmişti. Bu deneyde MOSFET transistörler incelenecek ve ilgili karakteristik değerleri elde edilerek DC polarma devreleri için gerekli olan temel bilgiler sağlanacaktır. MOSFET’ler JFET’lerin sahip olduğu tüm üstünlüklere sahip olmanın yanısıra, giriş dirençleri JFET’lere göre çok daha yüksektir. Yine yapılarına göre çıkış güçleri JFET’lere nazaran daha yüksektir. MOSFET transistörler kendi içerisinde ikiye ayrılmaktadır. Bunlar kısaca D-MOSFET diye bilinen azaltan(depletion) ve E-MOSFET diye bilinen çoğaltan (enhancement) tip MOSFET’lerdir. Teorik bilgilerden bildiğimiz gibi azaltan tip MOSFET’ler karakteristik ve DC polarma devreleri bakımından JFET’ler ile aynı özelliği göstermektedir. Aralarındaki en önemli fark ise, Gate-Source arasına uygulanan VGS voltajının n-kanal bir JFET için negatif veya p-kanal JFET için pozitif olma zorunluluğunun, azaltan tip bir MOSFET için geçerli olmamasıdır. Dolayısı ile azaltan tip bir MOSFET’in VGSQ çalışma voltajı, pozitif veya negatif bir değer alabilmekte ve bu bölgede aktif olarak yükseltme işlemi yapabilmektedir. Azaltan tip MOSFET’in giriş gerilimi ile çıkış akımı arasındaki ilişki yine Shockley denklemi ile sağlanmaktadır.

2

1 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

P

GSDSSD V

VII (1)

Çoğaltan tip MOSFET’lerde yapı itibarı ile girişinde herhangi bir gerilim yok iken Drain ile Source arasında bir kanal yoktur. Dolayısı ile transistörün iletime geçebilmesi için Drain ile Source uçları arasında bir kanal oluşturulması gerekmektedir. Bunu içinde transistör girişlerine uygun polarmada bir VGS gerilimi verilmelidir. Uygulanan bu gerilimin değeri, akım taşıyıcı kanalın genişliğini ve içerisindeki elektron miktarını doğru orantılı olarak değiştireceği için, buna bağlı olarakta Drain-Source arasında akan ID akımını değiştirecektir. Akım taşıyıcı kanalın oluşabilmesi için gerekli olan minimum VGS voltajının değeri VT (Threshold- eşik gerilimi)olarak anılır. Buna göre transistörün çıkış karakteristik eğrisindeki VDS voltajının doyum(saturation) değerini belirleyen eşitlik,

TGSDS VVVsat

−= (2) olarak bulunabilir. Buradan görüldüğü gibi VT sabit olduğu için VGS voltaj değeri direkt olarak VDS voltajının doyum değerini değiştirmektedir. Yukarıda değinildiği gibi VGS < VT durumu için transistörde akım taşıyan kanal oluşmayacağı için, ID akımının değeri 0 mA olacaktır. VGS > VT durumunda ise giriş gerilimi(VGS) ile çıkış akımı(ID) arasındaki ilişki,

2)( TGSD VVkI −= (3) eşitliği ile belirlenir. Burada k transistörün yapısına bağlı sabit bir katsayıdır ve üreticiler tarafından belirlenir. k sabit katsayısının birimi A/V2’dir. Bu katsayı üretici firma kataloglarında direkt olarak verilmekten ziyade genelde karakteristik eğrinin belli bir noktası için VGS(on) ve ID(on) değerleri verilir. Bu değerler,

2)(

)(

)( TonGS

onD

VVI

k−

= (4)

formülünde kullanılarak k katsayısının değeri hesaplanır. Not: Bilindiği gibi MOSFET transistörlerin Gate ucu ile akım taşıyıcı kanalı arasında elektriki yalıtımı sağlamak için ince bir SiO2 tabakası kullanılmaktadır. Bu yalıtım malzemesinin özelliğinden dolayı transistör uçları arasında olabilecek ani ve yüksek voltaj değişimleri tabakanın delinmesine ve dolayısı ile transistörün özelliğinin kaybolmasına neden olabilmektedir. Örneğin insan vücudunda oluşan statik elektrik veya transistörün, kullanıldığı devreye güç kaynağı kapatılmadan takılması veya çıkarılması, elemana zarar verebilmektedir. Bu yüzden deney işlem basamaklarının yerine getirilmesi sırasında bu hususların göz önünde tutulması gerekmektedir.


3

0 - 15 V

1K

v

v

A

VGS

VDS

ID

5 V

D

S

G Q1

1K

İŞLEM BASAMAKLARI

A- ÇIKIŞ KARAKTERİSTİK EĞRİLERİNİN ELDE EDİLMESİ :

1- Şekil-1’de görülen devreyi BUZ 72A MOSFET transistörü ile kurunuz. 2- VGS = 0 V ve VDS = 0 V olarak ayarlayınız. Devreye sabit olarak ID akımını ölçecek dijital bir

ampermetre ve sırası ile VGS ve VDS Voltajlarını ölçeceğiniz dijital bir voltmetre bağlayınız.

Şekil-1

3- VGS gerilimi bir voltta iken, VDS gerilimini sıfırdan başlayarak Tablo-1’deki değerlere ayarlayınız. Ayarladığınız her voltaj değeri için ID akım değerini ampermetreden okuyarak Tablo-1’deki uygun yerine yazınız.

4- VGS gerilimini 1 KΩ’luk potansiyometre yardımı ile Tablo-1’de verilen VGS = 2 Volt değerine

ayarlayarak sabit bırakınız ve giriş gerilimi bu değerde iken 3. adımdaki işlemleri tekrarlayarak ölçtüğünüz ID değerlerini Tablo-1’deki uygun yerlerine yazınız.

5- Bundan sonra VGS gerilimini Tablo-1’de verilen diğer değerlere ayarlayarak, 4 ve 3. adımlardaki işlemleri tekrarlayarak, ölçülen akım değerlerini tabloda bulunan uygun yerlere yazınız.

VGS = 1 V VGS= 2 V VGS = 3 V VGS=3.2V VGS=3.4V VGS=3.6V VGS=3.8V VGS= 4 V VDS V

ID mA

VDS V

ID mA

VDS V

ID mA

VDS V

ID mA

VDS V

ID mA

VDS V

ID mA

VDS V

ID mA

VDS V

ID mA

1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 7 7 7 7 7 7 7 7 9 9 9 9 9 9 9 9

11 11 11 11 11 11 11 11 13 13 13 13 13 13 13 13 15 15 15 15 15 15 15 15

Tablo-1

B- GİRİŞ KARAKTERİSTİK EĞRİSİNİN ELDE EDİLMESİ :

1- Şekil-1’deki devreyi VDS = 9 Volt olacak şekilde kurunuz. 2- VGS gerilimini 1 KΩ’luk potansiyometre yardımı ile Tablo-2’de verilen değerlere ayarlayarak,

her bir değer için ID akımını ölçerek tabloya kaydediniz.


4

BUZ72A

G D S

VDS = 9 Volt VGS V

0 1 2 2.5 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4

ID mA

Tablo-2

Sonuçların Analizi:

1- Tablo-1’deki verileri kullanarak MOSFET’in çıkış karakteristik eğrilerini, VDS’nin fonksiyonu olarak ID’nin değişimi şeklinde çiziniz(Not: VDS yatay, ID düşey düzlemde olacak şekilde). Çizdiğiniz her eğrinin hangi VGS değerine ait olduğunu işaretleyiniz.

2- Tablo-2’deki verileri kullanarak MOSFET’in giriş karakteristik eğrisini VDS = 9 Volt için

çiziniz(VGS’nin fonksiyonu olarak ID’nin değişimi çizilecek). 3- Yukarıda çizdiğiniz tabloları kullanarak, VT ve k değerlerini hesaplayınız. VT transistörün giriş

karakteristik eğrisinde ID akımının akmaya başladığı VGS voltaj değeri olarak alınacaktır. k değeri ise yine giriş karakteristik eğrisinin aktif olduğu yani ID akımının sıfırdan farklı olduğu herhangi bir noktadaki VGS(on) ve buna karşılık gelen ID(on) değerlerinin (4) numaralı eşitlikte kullanılması ile elde edilecektir.

4- 3. adımda bulduğunuz VT ve k değerlerini (3) numaralı eşitlikte kullanarak Tablo-2 benzeri bir tablo

oluşturarak, hesapladığınız değerleri tabloya kaydediniz. Tablodaki değerleri kullanarak MOSFET’in giriş karakteristik eğrisini tekrar çizin ve 2. adımda deneysel çalışma sonucunda çizdiğiniz grafik ile karşılaştırınız. Aralarında fark var mı? Var ise nedenlerini tartışınız.

5- 1. adımda bulduğunuz grafiği (2) numaralı eşitlik ile karşılaştırarak, doğruluğu hakkında bilgi veriniz.

Transistör gerçekten belirtilen VGS voltaj değerinde, (2) numaralı eşitlik ile bulunan VDS değerinde doyuma gidiyor mu? Not: Transistörün doyum anındaki VDS gerilimini, ID akımının sabitlendiği yani akımdaki artışın durduğu ana karşılık gelen VDS voltajı olarak alınız.

6- Yukarıda çizdiğiniz grafikleri yorumlayarak, MOSFET karakteristikleri hakkında bilgi veriniz.

TC




ELM202


LABORATUAR FÖYÜ

DENEYİ YAPTIRAN:

DENEYİN ADI:

DENEY NO:


SINIFI: OKUL NO:

DENEY GRUP NO:


DEĞERLENDİRME


Deney Sonuçları

(%20)

Sözlü (%20)

Deney Performansı

(%20)

Deney Raporu (%20)

TOPLAM


2

DENEY 15 : JFET TRANSİSTÖR POLARMASI AMAÇ: JFET transistörlerin farklı polarma devreleri için statik çalışma noktasındaki(Q) akım ve gerilim değerlerinin incelenmesi ve karşılaştırılması. TEORİ: Daha önce yapmış olduğunuz birleşim yüzeyli transistörlerin polarma devreleri deneylerinden hatırlayacağınız üzere, silisyum transistörlerin farklı polarma devreleri için gerekli olan Q çalışma noktası akım ve gerilimleri, VBE=0.7 V, IC=βIB ve IE≅IC karakteristik denklemleri kullanılarak elde edilebiliyordu. Burada giriş ile çıkış büyüklükleri arasındaki ilişki β ile sağlanıyor ve dizayn işlemlerinde değerinin sabit olduğu farz ediliyordu. Buna göre giriş büyüklüğü(IB) ile çıkış büyüklüğü(IC) arasındaki ilişki lineer(doğrusal) bir özellik gösteriyordu. JFET transistörler söz konusu olduğunda ise, giriş ile çıkış büyüklükleri arasındaki ilişkinin Shockley denkleminden dolayı lineer olmayan(nonlinear) bir özellik gösterdiği görülmektedir. Bu özellikten dolayı JFET’lerin DC analizlerinin(matematiksel olarak incelenmesinin), BJT transistörlere göre daha zor ve karmaşık olduğu tahmin edilebilir. Bu dezavantajı yok edebilmek için genelde JFET’lerin DC analizleri grafiksel olarak incelenerek, karmaşıklık oldukça azaltılmakta ve analiz için harcanan süre kısaltılmaktadır. BJT transistörler ile JFET transistörlerin analizleri arasındaki bir diğer fark ise; BJT transistörde akım(IB) olan giriş kontrol parametresinin, JFET transistörlerde gerilim(VGS) olmasıdır. Buna rağmen her iki transistör tipinde de çıkış büyüklüğü akım şeklindedir(IC ve ID). JFET’lerin DC analizinde kullanılan genel matematiksel ilişkiler, IG ≅ 0 A (1) ID = IS (2)

2

1 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

P

GSDSSD V

VII (3)

olarak belirlenebilir. Burada üzerinde önemle durulması gereken bir konu, bu ilişkilerin polarma devrelerine bağımlı olmayıp sadece kullanılan JFET’e bağımlı olmasıdır. Tabii ki bu şart transistörün aktif bölgede çalıştırıldığı durum için yapılmıştır. Yukarıda değinildiği gibi JFET’lerin giriş ve çıkış büyüklükleri arasındaki ilişkinin lineer olmayan bir özellik göstermesinden dolayı, yük eğrisi üzerindeki farklı noktalarda seçilen çalışma noktalarında, giriş gerilimi olan VGS’nin aynı büyüklükteki değişimleri, farklı büyüklükte bir çıkış akımı(ID) oluşturacaktır(karakteristik eğrinin farklı noktalarda faklı eğimlere sahip olmasından dolayı). Bu nedenle, JFET kullanımında karşımıza iki önemli problem çıkmaktadır. Birinci problem Gate girişinde olabilecek yüksek genlikli AC giriş sinyalinin, çıkışta bozulmaya(distorsiyon) uğramasıdır. Bu problem özellikle giriş sinyalinin pozitif alternansının, VGS gerilimini giriş karakteristik eğrisinin üst noktasına denk gelen bir noktaya taşıdığı durumda meydana gelir ki, bu durumda transistör doyum akımında(IDSS) olduğundan, giriş sinyalindeki daha fazla artım çıkışa yansımayacak ve dolayısı ile çıkış dalga şekli bozulacaktır. Bunun nedeni yukarıda da değinildiği gibi karakteristik eğrinin VGS’nin daha pozitif olduğu kesimde daha dik bir eğime sahip olmasıdır. Bu problemi çözmek için genelde giriş AC sinyalinin genliği küçük seçilir. Bunu bir örnekle açıklamak gerekirse; IDSS= 1 mA ve VP= -1.2 V olan bir JFET’i ele alalım. Bu transistörün çalışma noktasının VGSQ=-0.2 V olduğunu farz edelim. Bu durumda IDQ=0.694 mA olacaktır. Eğer giriş AC sinyalinin tepe(peak) değeri 0.2 Voltu aşarsa, ki bu durumda giriş sinyalinin pozitif alternansı VGSQ voltajını sıfıra ve oradan da pozitif bir değere taşıyacağından(çıkış ID akımının maksimum değeri IDSS akımı ile sınırlanacağından), giriş AC voltajının pozitif alternansının 0.2 Volttan büyük kısımlarında çıkış akımı ve dolayısı ile çıkış gerilimi sabit kalacaktır. Buda giriş sinyalinin çıkışta bozulmaya uğraması demektir. Örneğimize devam edersek, bu kez giriş AC sinyalinin tepe değerini 0.15 Volt olarak alalım. Bu durumda giriş sinyalinin pozitif alternansında VGS gerilimi -0.05 değerinde olacağından, buna bağlı olarak ID akımının değeri Shockley denkleminden ID= 0.918 mA olarak bulunur. Giriş sinyalinin negatif alternansında ise VGS=-0.35 V değerinde olacağından, buna bağlı olarak ID=0.501 mA olacaktır. Şimdi giriş geriliminin pozitif yöndeki +0.15 Voltluk bir değişiminin çıkış akımında neden olduğu değişimi bulursak, ΔID=ID+ - IDQ =0.918-0.694=0.224 mA. Öte yandan negatif alternans için bu değişim, ΔID= IDQ – ID- =0.694 – 0.501 = 0.193 mA olacaktır. Buradan da görüldüğü gibi giriş AC sinyali +0.15 V artarsa ID akımı 0.224 mA artarken, giriş AC sinyalinin –0.15 V azalması durumunda bu değişim 0.193 mA seviyesinde kalmaktadır. Bunun anlamı JFET, giriş sinyalinin pozitif ve negatif alternansları için farklı kazançlarda yükseltme yapmaktadır.


3

İkinci problem ise Q çalışma noktasının, giriş karakteristik eğrisinin en doğrusal(lineer) kesiminde seçilmesi problemidir. Eğer karakteristik eğri incelenirse, eğrinin en doğrusal kesimindeki eğimin oldukça yüksek olduğu görülecektir. Dolayısı ile çalışma noktasının bu bölgede seçilmesi birinci problemin yaşanmasına neden olacaktır. Bu problemi ortadan kaldırmak içinse yine birinci problemin çözümünde olduğu gibi giriş AC sinyalinin genliği düşük tutulur.

POLARMA DEVRELERİ

1- Self Polarma Devresi:

JFET polarma devrelerinin en basit ve maliyet bakımından en düşük olanı Şekil-1’de görülen self polarma devresidir. Şekildeki RS direnci, transistörün aktif bölgede çalışabilmesi için gerekli olan negatif VGS polarma gerilimini sağlamak için kullanılmıştır. Eğer giriş katından bir çevre denklemi yazılırsa VGS=-VRS=-IDRS (4) olduğu görülecektir. Buradan,

DQ

RS I

VR SQ= (5)

olarak bulunabilir. Yine pratik bir yöntem olarak, Q çalışma noktasının karakteristik eğrinin en doğrusal kesiminde seçilebilmesi için

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−≅ S

DSS

DDD R

IV

R (6)

olarak alınabilir.

RG RS

+VDD

RD

Ci

Q1Vi

V0

Co

Şekil-1 Self polarma Devresi

2- Gerilim Bölücü Polarma Devresi:

BJT transistörlerde olduğu gibi gerilim bölücü polarma devresi aynı zamanda JFET transistörler içinde kullanılmaktadır(Şekil-2). Burada R1 ve R2 dirençleri Gate voltaj(VG) değerini belirlemek için kullanılmaktadır. Yine RS direnci transistörün aktif bölgede çalışabilmesi için gerekli olan negatif VGS polarma gerilimini sağlamak için kullanılmaktadır. Gerilim bölücü dirençler kullanılarak,

221

RRR

VV DD

G += (7)

olarak bulunabilir. Yine polarma devresinin giriş kısmında bir çevre denklemi oluşturulursa,

VGS = VG - IDRS (8)

olarak bulunur.


4

R2 RS

+VDD

RD

Ci

Q1

R1

Vi

V0

Co

Şekil-2 Gerilim Bölücülü polarma devresi

3- Sabit Akım Kaynaklı Polarma Devresi :

Pratikte karşılaşılan bir diğer problemde, aynı tipte üretilen JFET’lerin farklı karakteristiklere sahip olmasıdır. Buna üreticiler tarafından belirlenen IDSS ve VP değerlerinin sabit olmayıp belirli bir aralık için tanımlanması neden olmaktadır. Bunun sonucu olarak , seri üretimde aynı tip JFET kullanılarak yapılan aynı tip yükselteç devrelerinin (üretilen her bir yükseltecin farklı çalışma noktalarında çalışmasından dolayı), her birinin farklı karakteristikler taşıyacağı doğaldır. Bu problemin önüne geçmek için Şekil-3’te görülen sabit akım kaynaklı polarma devresi kullanılır. Bu devrede JFET’in Q çalışma noktasındaki ID akım değeri, JFET’in karakteristiğine bağımlı olmaktan çıkarılmış ve BJT transistörle sağlanan sabit akım kaynağının değerine eşitlenmiştir. Böylece farklı IDSS ve VP değerlerine sahip JFET’ler bu devre yardımı ile aynı ID akım değerinde çalıştırılabilmektedir. Eğer devre incelenirse BJT transistörünün beyz polarmasının R1 ve R2 gerilim bölücü dirençler vasıtası ile sabit bir değerde olduğu görülebilir. Bu değer,

221

RRR

VV DD

B += (9)

eşitliği ile bulunabilir. Yine kullanılan BJT transistörünün silisyum tipinde olduğu farz edilirse VBE=0.7 V olacağından, VE= VB-VBE=VB-0.7 (10) olacaktır. Buradan ,

E

B

R0.7-V

==E

EE R

VI (11)

olarak bulunur. Yine , IE≅IC (12) olarak alınabilir. Bulunan IC ve IE akım değerlerinin sabit olduğu açıktır. Devreden IC akımının JFET’in Source ucundan çıktığı görülmektedir, dolayısı ile, ID=IC (13) olacak ve bu değerde JFET’in karakteristiğine bağlı olmaksızın sabit bir değerde olacaktır. Not: Tüm polarma devrelerinde kullanılan RG direnci MΩ seviyesinde büyük bir değerde seçilmelidir(örneğin 1 MΩ ve üzeri)


5

RG

RE

+VDD

RD

Ci

Q1Vi

V0

Co

CBR2

R1

Q2

Şekil-3 Sabit Akım Kaynaklı polarma Devresi

İŞLEM BASAMAKLARI 1- Şekil-1’de görülen polarma devresinde, aşağıdaki istenilen değerleri elde edebilmek için gerekli olan RD , RS ve VGSQ değerlerini hesaplayınız. Not: Devrede kullanılacak olan JFET BF245 tipinde olacaktır. VDD=12 V, IDQ=4 mA, VP ve IDSS değerleri bir önceki deneyde bulduğunuz değerler alınacaktır. RD =............................................. RS =............................................. VGSQ =............................................. Bulduğunuz direnç değerlerine en yakın standart direnç değerlerini kullanarak devreyi deney seti üzerine kurunuz. Kurduğunuz devre üzerinde dijital ölçü aleti kullanarak gerçek IDQ ve VGSQ değerlerini ölçerek aşağıya kaydediniz. Not: Bu deney föyü sadece DC analizi içerdiğinden, bundan sonraki işlem basamaklarında Ci ve Co kondansatörleri kullanılmayacaktır. IDQ=............................................. VGSQ=.......................................... Şimdi JFET transistörünüzü aynı tip bir başka transistörle değiştirerek yukarıda yaptığınız ölçümleri tekrarlayınız, bu işlemi üç ayrı JFET transistör için tekrarlayarak sonuçları Tablo-1 e kaydediniz.

2- 1.basamakta, Şekil-1 için istenilen Q çalışma noktasını Şekil-2’de verilen devrede elde edebilmek için gerekli olan R1 , R2 , RD ve RS dirençlerinin değerlerini hesaplayınız(Not: Hesaplamalarda yukarıda verilen bilgiler kullanılacaktır). Bulduğunuz değerleri aşağıya kaydediniz. R1 =................................ R2 =..................................... RD =................................ RS =..................................... Yukarıda hesapladığınız dirençleri standarda en yakın değerde(yaklaşık olarak) kullanarak Şekil-2’deki devreyi deney seti üzerine kurunuz. Bundan sonra 1. basamakta yapılan işlemleri Şekil-2’de verilen devre için tekrarlayarak , sonuçları aşağıdaki boşluklara ve Tablo-2 ’deki uygun yerlere yazınız. IDQ=............................................. VGSQ=.......................................... 3- Şekil-3’deki devrede VDD=12 V olduğu durumda, IDQ=4 mA değerlerinin elde edilebilmesi için gerekli olan direnç değerlerini hesaplayarak aşağıya kaydediniz. Not: direnç değerlerini seçerken standart değerlerin kullanılması devrenin gerçekleştirilmesini kolaylaştıracaktır. Devrede kullanılan CB=100 μF, transistörler Q1=BF245, Q2=BC108B tipinde, RD=1 KΩ ve RE=1 KΩ seçilecektir.


6

R1 =......................... R2 =.............................. Şimdi yukarıda hesapladığınız R1 ve R2 dirençlerini standarda en yakın değerde kullanarak Şekil-3’deki devreyi deney seti üzerine kurunuz. Bundan sonra 1. basamakta yapılan işlemleri Şekil-3’de verilen devre için tekrarlayarak , sonuçları aşağıdaki boşluklara ve Tablo-3’deki uygun yerlere yazınız.

IDQ=............................................. VGSQ=.......................................... Bundan sonra RD direncinin değerini 2.2 KΩ değerine çıkartarak önceki işlemleri tekrarlayınız ve sonuçları aşağıdaki boşluklara ve Tablo-3’deki uygun yerlere yazınız.

IDQ=............................................. VGSQ=..........................................

Örnek JFET 1 2 3 VGSQ (V)

IDQ (mA)

Tablo-1 Self Polarma Sonuçları

Örnek JFET 1 2 3 VGSQ (V)

IDQ (mA)

Tablo-2 Gerilim Bölücülü Polarma Sonuçları

Örnek JFET 1 2 3

VGSQ (V)

RD=1 KΩ

IDQ (mA)

VGSQ (V)

RD=2.2 KΩ

IDQ (mA)

Tablo-3 Sabit Akım Kaynaklı Polarma Sonuçları


1- Yukarıda elde ettiğiniz sonuçlara dayanarak Şekil-1 ve Şekil-2’de verilen devrelerde, aynı tipte farklı JFET’ler kullanılması durumunda çalışma noktası değişiyor mu? Değişiyorsa sebebini açıklayınız. Deney yolu ile elde ettiğiniz bu sonuçlar, teoride gördüğünüz sonuçlarla uyuşuyor mu ? Açıklayınız.

2- 1. Soruyu Şekil-3’de verilen devre için cevaplayınız. 3- Yukarıda verilen polarma devrelerini kendi aralarında karşılaştırarak, avantaj ve dezavantajlarını belirtiniz. 4- JFET’ler için kullanılan polarma devreleri ile BJT’ler için kullanılan polarma devrelerini karşılaştırınız ve

polarma devresi dizaynında göz önüne alınan hususları belirtiniz. 5- Kısaca JFET’ler ile BJT transistörleri karşılaştırıp, avantaj ve dezavantajlarını belirtiniz.


7

SORULAR 1- Şekil-1 ve Şekil-3’de verilen polarma devrelerinde kullanılan RG direncinin görevini açıklayınız. 2- Şekil-2’deki polarma devresinde kullanılan R1 , R2 ve RS dirençlerinin görevini açıklayınız. 3- Şekil-3’deki polarma devresinde kullanılan R1 , R2 ve RE dirençlerinin görevini açıklayınız. 4- Yukarıdaki tüm polarma devrelerinde kullanılan RD direncinin görevini açıklayınız.

TC




ELM202


LABORATUAR FÖYÜ

DENEYİ YAPTIRAN:

DENEYİN ADI:

DENEY NO:


SINIFI: OKUL NO:

DENEY GRUP NO:


DEĞERLENDİRME


Deney Sonuçları

(%20)

Sözlü (%20)

Deney Performansı

(%20)

Deney Raporu (%20)

TOPLAM


2

DENEY 10 : TRANSİSTÖRLÜ YÜKSELTEÇLERİN FREKANS ANALİZİ AMAÇ: Birleşim yüzeyli transistörlerle yapılan yükselteçlerin alçak ve yüksek frekans analizlerini yapmak. TEORİ: Şimdiye kadar gördüğümüz transistörlü yükselteçlerin voltaj kazançları, küçük sinyal analizini kullanarak yaptığımız analiz sonucunda sabit çıkmıştı. Buna rağmen gerçekte yükselteçlerin kazancı frekansa bağımlıdır ve frekans değiştikçe voltaj kazancıda değişmektedir. Peki küçük sinyal analizini kullanarak bulduğumuz kazanç, hangi frekanslarda geçerlidir ve bu frekans aralığının dışında kazancın değeri ne olmaktadır. Bu sorunun cevabı belkide üç aşamada verilmelidir. Birinci olarak transistörün küçük sinyal kazancı orta(middle) frekans bandı diye tanımladığımız bölgede geçerlidir ve bu bant boyunca değişen frekanstan bağımsız olarak kazanç sabit kalmaktadır. İkinci aşamada transistörün alçak(düşük) frekans aralığında kazancın değişimini sayabiliriz. İkinci aşama eğer yükselteç giriş ve çıkışlarında R ve C elemanları kullanılıyorsa geçerlidir. Eğer RC elemanları kullanılmıyor ve transistör(ler) direkt kuplaj ile sinyal jeneratörüne ve yüke bağlanıyorsa, alçak frekans bandında da voltaj kazancı küçük sinyal kazancına eşit olur. Öte yandan RC kuplajlı devrelerde bulunan C elemanının kapasitif reaktansı(XC) frekansa bağımlıdır ve frekans düştükçe değeride artmaktadır. Bunun sonucu olarak ta hem giriş ve hemde çıkış sinyallerine karşı bir zorluk göstererek alçak frekanslarda kazancın düşmesine neden olurlar. Bunun hangi sınırlar içerisinde olacağı, kullanılan C ve R elemanlarının değerine bağlıdır. Üçüncü ve son aşamada ise yüksek frekanslardaki kazancın değişimini sayabiliriz. Akla kullanılan C elamanlarının XC değerinin frekans arttıkça düştüğü ve dolayısı ile kazancın azalmaması yönünde bir soru gelebilir. Bu sorunun cevabı evet bu kondansatörler yüksek frekanslarda etkisizdirler, yani kazancın yüksek frekanslarda değişiminden sorumlu değildirler. Peki o zaman yüksek frekanslarda kazanç neden düşmektedir. Bunun cevabı transistörün elektrotları arasında görülen kapasitif etkilerdir. Bu kaçınılmaz bir nedendir ve bu kapasite değerleri transistör üreticileri tarafından belirlenmektedir. Eğer bu kaçınılmaz ise, dizayn sırasında bu etkilerin kazanç üzerinde yapacağı tesirlerde göz önünde tutulmalıdır.

Transistörlü Yükselteçlerde Alçak Frekans Analizi Şekil-1’de görülen yükselteç devresinde alçak frekansta etkili olan üç kondansatör vardır. Bunlar sırası ile Cİ , CO ve CB kondansatörleridir. Şimdi bunların etkilerini önce tek tek, daha sonrada devrenin toplam kazancına olan etkilerini inceleyelim.

r0

Ci

C0

R1

R2

RC

RE CB

+Vcc

β

+ VoQ1

Vs

Rs

RL

+

Şekil-1: Transistörlü yükselteç devresi

Cİ kondansatörü kendisine bağlı eşdeğer dirençle bir RC devresi oluşturmaktadır ve bu devrenin kesim frekansı;

İİL CR

fİ π2

1=

formülünden hesaplanabilir. Şekil-1’deki devre için Rİ değeri;

eİ rRRR β//// 21= olarak alınabilir. CO kondansatörünün neden olduğu kesim frekansı ise;

OLOL CRR

fO )(2

1+

=π

ile hasaplanabilir. Burada RO değeri;


3

oCO rRR //= olarak alınabilir. CB kondansatörünün etkisi ise;

BeL CR

fB π2

1=

ile özetlenebilir. Re , CB kondansatörüne bağlı toplam eşdeğer direnç olup, değeri;

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+= e

SEe r

RRRRR

β21 ////

// olarak alınabilir.

Her bir kesim frekansından itibaren kazanç -20 dB/decade eğimle azalmaktadır. Burada değeri en yüksek çıkan kesim frekansı baskın(dominant) olarak alınır ve yükseltecin alçak frekans kesim noktasını belirler. Bu noktadan sonra orta frekans bandı gelir ve bu bantta kazanç yaklaşık olarak sabit kalır(yüksek frekans kesim noktasına kadar).

Av /Av(mid) dB

0 dB

-3 dB

-20 dB

-10 dB

fLi fLo fLB f (Hz)(log)

-20 dB/decade

-40 dB/decade

-20 dB/decade

-20 dB/decade

Decade

0.1 1 10 100 1K 10K

Alçak f rekans bandı Orta f rekans bandı

Orta f rekans bandıKazancı

Şekil-2 Tipik bir yükseltecin alçak frekans Bode eğrisi Şekil-2’de tipik bir transistörlü yükseltecin alçak frekans Bode eğrisini ve bu eğri üzerinde kazancın frekansla nasıl değiştiği görülmektedir. Her bir kesim frekansı logaritmik olarak ölçeklendirilmiş frekans ekseninde işaretlendikten sonra, bu frekanslardan bir decade(bir onluk) aşağı frekansa gidilir ve bu frekansa karşılık gelen -20 dB kazanç noktası işaretlenir. Daha sonra her bir kesim frekansı ile bu noktalar birleştirilerek -20 dB/decade eğime sahip asimptotlar elde edilir. Daha öncede değinildiği gibi, değeri en yüksek frekans baskındır ve bu frekanstan aşağıya doğru inilerek -3 dB noktası işaretlenir. Eğer baskın frekanstan çizdiğimiz asimptot, diğer herhangi bir asimptot ile herhangi bir frekansta çakışıyorsa, çakışma noktasından frekansın azalma yönüne doğru -40 dB/decade eğime sahip yeni bir asimptot çizilir. Bu asimptotda bir başkası ile çakışıyorsa bu noktadan itibaren eğim -60 dB/decade olarak alınır. Daha sonra serbest elle baskın frekans değerinden başlayarak(-3 dB noktasından geçecek şekilde), çakışmalardan sonra çizdiğimiz asimptotlar izlenerek, yükseltecin alçak frekans karakteristiği Bode eğrisi olarak çizilmiş olur. Transistörlü Yükselteçlerde Yüksek Frekans Analizi Yukarıda kısaca değindiğimiz gibi, transistörlerin kendi iç yapılarından dolayı yüksek frekanslarda elektrotlar arası kapasitif etki gösterir. Bunun yanı sıra kullanılan kablo ve bakır yollarda yüksek frekanslarda bir kapasitif etkiye sahiptir. Yine önemli bir transistör parametresi olan β değeride frekansla birlikte değişmektedir. Bütün bu etkilerin sonucunda yükseltecin kazancı yüksek frekanslarda azalma olarak kendini gösterir. Şekil-3’te transistörün elektrotlar arası kapasitif etkileri görülmektedir.


4

Ccb

Cce

Cbe

Şekil-3 : Transistörde elektrotlar arası kapasiteler

Birçok transistör üreticisi firma, kataloglarda bu kapasite değerlerini verirken Şekil-3’teki semboller yerine aşağıdaki gösterimleri tercih etmektedir.

Ccb=Cobo=Cob Cbe=Cibo=Cib Cce=Coeo=Coe Bu değerlerden en az etkili olan Cce değeri genellikle kataloğlarda verilmez, dolayısı ile etkisi hesaplamalarda ihmal edilebilir. Yüksek frekansta bu kondansatörlerin etkisini özetlemenin en iyi yolu Şekil-4’te görülen yükseltecin yüksek frekanstaki eşdeğer devresine bakmaktır. Bu devre Şekil-1’de görülen ortak emiterli yükseltecin yüksek frekans eşdeğer devresidir.

RS

R1// R2βIb roβre Co

Ib

VS Vo

Th2

e

+RC

+

-

RLCi

Th1 Şekil-4 : Yükseltecin yüksek frekans eşdeğer devresi

Burada Cİ kondansatörünün değeri;

Mibewii CCCC ++= olarak alınabilir. Cwi giriş devresinde kullanılan kabloların kapasitif etkisidir. CMi ise giriş devresinde görülen Miller kapasitesidir ve değeri Şekil-1’deki devre için;

bcVMi CAC )1( −= alınmalıdır. Co kondansatörü ise;

Mocewoo CCCC ++=

değerindedir. Cwo çıkış devresinde görülen kablolama kapasitesidir.. CMo ise çıkış devresinde görülen Miller kapasitesidir. Değeri ;

bcV

Mo CA

C )11( −=

olarak alınabilir. Giriş devresinin yüksek frekans kesim değerini bulabilmek için, Cİ kondansatörüne bağlı dirençlerin toplamına RTh1 dersek;

SeTh RrRRR ////// 211 β= olarak bulunur. Buradan kesim frekansı;

iThH CR

fİ

121

π=

olarak bulunur. Çıkış devresinin kesim frekansı ise;

LoCTh RrRR ////2 = olmak üzere,

OThH CR

fO

221

π=

olarak bulunur.


5

Yüksek frekansta β değerinin değişmesi sonucu üçüncü bir kesim frekansı oluşur. Bu frekansı bulabilmek için Şekil-5’te görülen hibrit-π veya diğer adı ile Giacoletto modeline bakalım.

rbb'B

b'

I'b gmVb'e=gmrb'eI'b=hfe(mid)I'brb'e=1/gb'e

E

Ib Cb'eCb'c

rb'c

rce=1/hoe

C

E Şekil-5 : Transistörlü yükselteçlerin yüksek frekans hibrit-π modeli

Transistör β değerinin yüksek frekansla değişimi;

)/(1)(

βffjh

h midfefe +=

olarak özetlenebilir. Burada βf (β’nın yüksek frekanstaki değişiminden dolayı oluşan kesim frekans değeri) yukarıdaki eşdeğer devre kullanılarak aşağıdaki gibi bulunabilir.

)(21

)(2 ''

'

bcbeemidcbeb

eb

CCrCCg

f+

=+

=πβπβ

Yüksek frekansta etkili olan elemanlardan dolayı oluşan bu kesim frekansları artık Bode eğrisi çiziminde kullanılabilir. Bunun için öncelikle frekans ekseninde kesim frekansları işaretlenir ve her kesim frekansından bir decade(bir onluk) yukarı frekansa gidilerek, bu noktalarda -20 dB değerleri işaretlenir(Bakınız Şekil-6). Daha sonrada bu noktalar birleştirilerek yüksek frekans asimptotları elde edilir. Burada artık baskın(dominant) kesim frekansı değeri en küçük olanıdır. Bu yüzden bu frekans değeri ile -3 dB değerinin kesiştiği nokta işaretlenir. Yüksek frekans eğrimiz bu noktadan geçmelidir. Alçak frekans cevabını çizerken izlediğimiz yol aynen burada da takip edilerek, transistörlü yükselteçlerin yüksek frekans Bode eğrisi çizilmiş olur. Daha sonra alçak, orta ve yüksek frekans eğrileri Şekil-7’de görüldüğü gibi tek bir grafik olarak çizilerek, yükseltecin toplam frekans eğrisi elde edilmiş olur.

Av /Av(mid) dB

0 dB

-3 dB

-20 dB

-10 dB

fHi fHofβ f (Hz)

(log)

-20 dB/decade

-40 dB/decade

-20 dB/decade

-20 dB/decade

Decade

10K 100K 1M 10M 100M 1G

Yüksek f rekans bandıOrta f rekans bandı


Şekil-6 : Tipik bir yükseltecin yüksek frekans Bode eğrisi


6

fHi fHo fβ f (Hz)(log)

1K 10K 100K 1M 10M

Yüksek f rekans bandıOrta f rekans bandıBant Genişliği(BW)

-20 dB/decade

-40 dB/decade

20 dB/decade


Av /Av(mid) dB

0 dB

-3 dB

-20 dB

-10 dB

1

Alçak f rekans bandı

40 dB/decade

10 100fLi fLo fLB

Şekil-7 : Tipik bir yükseltecin tüm frekans aralığı Bode eğrisi

İŞLEM BASAMAKLARI

Not: İşlem basamaklarında yapacağınız voltaj ölçümlerini osilaskop ile yapınız. Osilaskopta voltaj ölçümü yaparken bütün voltaj değerlerini tepeden-tepeye(peak to peak) voltaj değerleri olarak alınız.

1- Şekil-8’de görülen yükselteç devresini deney seti üzerine kurarak, girişine sinyal jeneratörünü bağlayınız.

r0 =40 K

Ci

C0

R1

R2

RC

RECB

+Vcc=+12 V

β=200+ Vo

BC238BVs

+

6.8 μF

10 μF

6.8 μF270K 4K7

1K82K 4.7KRL

Şekil-8 : Yükselteç devresi

2- Sinyal jeneratörünün çıkışını sinüs konumuna getirerek, frekansını 1KHz ve genliğini minimum

durumda tutunuz. Osilaskobun 1. kanalını sinyal jeneratörü çıkışına, 2. kanalınıda yük direncine bağlayınız. Şimdi sinyal jeneratörünün genliğini yavaş yavaş arttırarak 100 mV(p-p) değerine getiriniz. Bu durumda çıkıştan(yük üzerinden) distorsiyonsuz(bozulmamış) bir sinüs dalgası elde etmelisiniz. Eğer çıkışta bozulma oluyorsa, giriş genliğini azaltarak aşağıya not ediniz.

VS = …………………. mV(p-p)

3- Bundan sonra sinyal jeneratörünün frekansını sırası ile aşağıdaki tabloda görülen değerlere ayarlayarak, her frekans için çıkış genliğini(tepeden-tepeye) ölçünüz ve tablodaki uygun yerine yazınız. Not: Frekans değiştikçe sinyal jeneratörü çıkış genliğide değişebilir, bu yüzden her adımda sinyal jeneratörünün genliğinin yukarıda ölçtüğünüz değerde sabit kalmasını sağlayınız. Gerekirse genliği ayarlayarak, yukarıdaki değere getiriniz.


7

f(Hz) 5 10 20 30 50 100 200 H 500 1K 10K 20K

)( ppVL −

f(Hz) 30K 40K 50K 60K 80K 100K 200K 400K 600K 800K 1M )( ppVL −

4- Yukarıda bulduğunuz çıkış genlik değerlerini her frekans için sabit giriş genliğine bölerek devrenin o

frekanslardaki voltaj kazançlarını hesaplayınız ve aşağıdaki tabloya yazınız. Daha sonra bu kazançları karşılaştırarak orta frekans bandında yaklaşık sabit kalan AV(mid) değerini bulunuz(tablodan çıkartınız) ve aşağıya yazınız.

f(Hz) 5 10 20 30 50 100 200 H 500 1K 10K 20K

S

LV V

VA =

f(Hz) 30K 40K 50K 60K 80K 100K 200K 400K 600K 800K 1M

S

LV V

VA =

AV(mid) = …………………………

5- Şimdi yukarıdaki tabloda bulduğunuz her kazancı AV(mid) değerine bölünüz ve aşağıdaki tabloya

yazınız(AV / AV(mid) )

f(Hz) 5 10 20 30 50 100 200 H 500 1K 10K 20K

Vmid

V

AA

f(Hz) 30K 40K 50K 60K 80K 100K 200K 400K 600K 800K 1M

Vmid

V

AA

6- Yukarıdaki tabloda bulduğunuz her Vmid

V

AA

değerinin logaritmasını alarak 20 ile çarpınız ve sonuçları

aşağıdaki tabloya yazınız(20logVmid

V

AA

) (dB).

f(Hz) 5 10 20 30 50 100 200 H 500 1K 10K 20K

20logVmid

V

AA

f(Hz) 30K 40K 50K 60K 80K 100K 200K 400K 600K 800K 1M

20logVmid

V

AA

7- 6. basamakta bulduğunuz değerleri kullanarak yarı logaritmik kağıt üzerine yatay eksende logaritmik

olarak frekans ve dikey eksende dB cinsinden normalize edilmiş kazanç(20logVmid

V

AA

) olacak şekilde,

Bode eğrisini çiziniz(her frekans değerine karşılık gelen normalize kazanç değerlerini işaretleyip, bu noktalar serbest el çizgisi ile birleştirilecek). Böylece transistörlü bir yükselteç devresinin frekansla voltaj kazancının değişimini gösteren ve tüm frekans aralığını kapsayan Bode eğrisini deneysel yol ile elde etmiş olduk.


8


1- Yukarıda deneysel yol ile elde ettiğiniz sonucu şimdi birde teorik olarak elde edelim. Bunun için ekte verilen BC238B transistor ünün bilgi yaprağında bulunan değerleri kullanarak, deneyde kurduğunuz devre için, Voltaj kazancını, alçak ve yüksek frekanstaki kesim değerlerini teorik yolla bularak, Bode eğrisini tüm frekans aralığı için yeniden çiziniz.

2- Elde ettiğiniz sonuçlara dayanarak, deneysel yolla ve teorik olarak bulunan frekans eğrilerini yorumlayınız. Bulduğunuz sonuçlar uyuşuyor mu? Eğer arada fark var ise nedenlerini tartışınız.

SORULAR

1- Deneyde kullandığınız yükselteç devresinin alçak frekans kesim noktasını daha alçak bir değere çekmek için

ne yapılmalıdır? 2- 1. soruyu yüksek frekans için yeniden cevaplayınız. 3- Elde ettiğiniz Bode eğrileri ne amaçla kullanılıyor olabilir ve bu eğriler bize neyi anlatıyor? Lütfen

açıklayınız.

Örnek yarı logaritmik grafik kağıdı

TC




ELM202


LABORATUAR FÖYÜ

DENEYİ YAPTIRAN:

DENEYİN ADI:

DENEY NO:


SINIFI: OKUL NO:

DENEY GRUP NO:


DEĞERLENDİRME


Deney Sonuçları

(%20)

Sözlü (%20)

Deney Performansı

(%20)

Deney Raporu (%20)

TOPLAM


2

DENEY 19: OP-AMPLARIN DİFERANSİYEL VE İNTEGRAL ALICI OLARAK KULLANIMI TANITIM ve AMAÇ: Op-amplara işlemsel yükselteç(operational amplifier) denmesinin asıl sebebi, bu devre elemanlarının gerçekte matematiksel işlemler için kullanılmalarıdır. Örneğin toplama, çıkarma, diferansiyel ve integral alma gibi. Yüksek hızlı dijital bilgisayarların yaygınlaşmasından önce op-amplar analog bilgisayar uygulamalarında çok sık kullanılmışlardır. Bu uygulama bugün için görsel olarak kaybolmasına rağmen, burada kullanılan devreler bugün dahi çok fazla kullanım alanına sahiptir.

Bu deney bir önceki op-amp tanıtım deneyinin geliştirilmesinden ibarettir. Temelde aynı devre kullanılmasının yanısıra, devrede yapılan bir iki küçük değişiklik ile devrenin fonksiyonu bir önceki uygulamadan oldukça farklılaştırılmıştır. Önceki deney gibi, bu deneydede yapılan ölçmeler kaydedilecek ve osilaskopta görülen dalga şekilleri çizilecektir. Bu işlemlerden sonra rapor tartışma ve sonuç bölümleri ile bitirilecektir.

DEVRELER:

1- Diferansiyel (Türev) Alıcı devre: Şekil-1’de basit bir diferansiyel alıcı devre şeması verilmiştir. Bu devre şekilden de görüldüğü gibi 1. deneyde yapılan eviren yükselteç devresi ile benzerlikler taşımaktadır. Arasındaki fark 1. deneyde kullanılan R1 direnci burada C1 kondansatörü ile değiştirilmiştir. Devrenin çıkış voltajını veren formül aşağıda verilmiştir.

dtdviRCVo 21−= (1)

burada vi giriş voltajıdır.

Bu sonuç teorik olarakta gördüğümüz kondansatör üzerinden geçen ve dtdviCi 1= ile

belirlenen akım değerinin bir sonucudur ve çıkış voltajı oransal olarak giriş sinyalindeki değişim oranına bağlıdır.

Şekil-1 İdeal Diferansiyel Alıcı Devre

Yaklaşık Diferansiyel Alıcı: Pratikte Şekil-1’de verilen basit devre yetersiz kalmaktadır. Bunun nedeni çıkış voltajının verilen denklemden de görülebileceği gibi, sabit bir giriş gerilimi için sıfır olmasıdır. Asıl problem giriş sinyalindeki ani değişimler ile ortaya çıkmaktadır. Formül 1’dende görülebileceği gibi giriş sinyali çok küçük olsa dahi eğer giriş sinyalindeki hızlı değişim oranı çok büyük ise, çıkış voltajıda büyük olacaktır. Tahmin edilebileceği gibi pratikte sinyallerin büyük bir bölümü aynı zamanda istenmeyen gürültüler(noise)’de içermektedir. Bu gürültüler düzenli olabileceği gibi rasgelede değişebilmektedir. Buradan, eğer giriş sinyalindeki gürültü bileşeni çok hızlı bir şekilde değişirse Şekil-1’deki devre çok büyük bir çıkış sinyali

R2

IPOP

IC1

741

C1


3

verecektir. Bunun anlamı devremiz girişteki gürültü bileşenini yükseltmektedir, bu ise istenmeyen bir durumdur. Bu problemi çözmek için Şekil-2’dende görüldüğü gibi R1 direnci C1 kondansatörüne seri olarak bağlanmıştır. Bu, devrenin kazancını yüksek frekans değerlerinde -R2/R1 oranı ile kısıtlayacak ve böylece yüksek frekanslı gürültü bileşenleri yükseltme işlemine tabi tutulmayacaklardır. Bu devrenin dezavantajı ise, devrenin yalnızca eğer giriş sinyalindeki değişim yavaş ise yani frekans düşük ise diferansiyel alıcı olarak çalışmasıdır. Bu yüzden bu devreye yaklaşık diferansiyel alıcı devresi denmektedir. Buradan anlaşıldığı gibi devre iki çalışma bölgesine sahiptir, yani I. Bölgede devre diferansiyel alıcı, II. Bölgede ise kazancı sabit bir yükselteç olarak çalışmaktadır. Bu iki bölgeyi ayıran ise kritik frekans cf değeridir. cf frekansından küçük frekans değerlerinde devre diferansiyel alıcı olarak, cf frekansından büyük frekans değerlerinde ise kazancı –R2/R1 değerinde sabit bir yükselteç devresi olarak çalışmaktadır.

cf kritik frekansının değeri

1121

RCfc π= (Hz) (2)

formülünden bulunabilir. Burada C1 farad ve R1 ohm değerinde olacaktır. Şekil-2 Yaklaşık Diferansiyel Alıcı Devre 2- İntegral Alıcı (İntegratör): Tam İntegral Alıcı: Şekil-3’de tam integral alıcı devresinin şeması verilmiştir. Devre eviren yükselteç ile benzerlikler taşımaktadır, arasındaki fark eviren yükselteç devresindeki R2 direnci burada C2 kondansatörü ile değiştirilmiştir. Devrenin çıkış voltajı

∫−

= dtvRC

V io12

1 (3)

formülünden bulunabilir. Şekil-3 İdeal(tam) İntegral Alıcı Devre

R2

100K

IPOP

IC1

741

C1

15n

R1

10K

R3

100KGND GND

IPOP

IC1

741

C2

R1

GND


4

İdeal diferansiyel alıcı gibi bu devreninde pratikte kullanımı çok zordur, çünkü çıkış zaman ile sürüleceği için, çıkış voltajı op-amp doyuma gidinceye kadar artacak bundan sonrada devrenin aktif olarak çalışması duracaktır. Bu durumun daha iyi anlaşılması için örneğin vi giriş voltajının sabit bir değerde olduğunu farz edelim. Bu durumda yukarıda verilen çıkış voltajı formülünden çıkış voltajı hesaplanır ise sonucun

ctvRC

V io +−

=12

1 (4)

olduğu görülecektir. Burada c integral sabitidir ve devrenin çıkış voltajının t=0 olduğu andaki değerine eşittir. Bu formülden görüldüğü gibi çıkış voltajı zaman ile artacaktır. Teorik olarak bu artış sonsuza dek devam edecek, pratikte ise bu artış devre doyuma ulaşıncaya kadar yani çıkış voltajı yaklaşık besleme kaynağının voltajına ulaşıncaya kadar devam edecek ve bundan sonrada bu değerde sabit kalacaktır. Bu durum giriş voltajının çok küçük olduğu durumlarda dahi görülecektir, yalnızca bu durumda çıkış voltajının doyum gerilimine ulaşması biraz daha uzun bir süre alacaktır. Hatta giriş voltajı vi ‘nin sıfır olduğu durumda dahi, op-amp içerisindeki transistörlerin karakteristik uyumsuzluklarından dolayı bir giriş offset voltajı oluşacağından, bu voltaj sanki op-amp’ın girişinde küçük bir vi giriş sinyali varmış gibi davranacak ve devre doyum değerine ulaşıncaya dek zamanla çıkış voltajını arttıracaktır. Bu şartlar altında eğer pratikte bir tam integral alıcı devresine ihtiyaç duyulursa, örneğin kontrol ve ölçü aletleri devreleri gibi, karakteristik özellikleri 741 op-ampından daha iyi bir op-amp seçilmeli ve buna ilaveten devreye offset sıfırlama(offset-null) devreside ilave edilmelidir. Böylece devre tam integral alıcı olarak çalıştırılabilir. Yaklaşık İntegral Alıcı Devresi: Bir çok uygulama için tam integral alıcının zamanla sürülmesi problemi C2 kondansatörüne paralel bir R2 direnci bağlamakla çözülebilmektedir. Bu durumda eğer giriş gerilimi sabit tutulsa devre kazancı -R2/R1 olan bir yükselteç olarak çalışacaktır. Devrenin integratör olarak çalışması ise, eğer giriş gerilimi oldukça hızlı şekilde değişirse, yani frekans yüksek ise mümkün olacaktır. Bu yüzden bu devreye yaklaşık integral alıcı denmektedir. Diferansiyel alıcı devrede olduğu gibi, bu devre içinde iki çalışma bölgesini ayıran bir kritik frekans, cf , değeri vardır. Bu değerden büyük frekans değerleri için devre integratör olarak çalışırken, küçük değerleri için kazancı –R2/R1 olan bir yükselteç olarak çalışacaktır.

cf frekans değeri bu devre için

222

1RC

fc π= (Hz) (5)

formülünden bulunabilir.

Şekil-4 Yaklaşık İntegratör Devresi

IPOP

IC1

741

C2

15nR1

10K

GND

R2

100K

R3

10K


5

3-Devrenin Montajı: Deney yapacak her gruba 1 adet 741 op-amp entegresi 1 adet 15 nF kondansatör 2 adet 100 nF kondansatör 2 adet 10 K direnç 2 adet 100 K direnç verilecektir. Deney sonunda malzemeler malzeme odasındaki kutulara değerlerine göre tekrar yerleştirilecektir. Sırası ile Şekil-2 ve Şekil-4’ teki devreler bread board üzerine kurulacaktır. Devrenin montajı bittiğinde açık şema üzerinde gösterilmeyen 100 nF’lık kondansatörler simetrik besleme kaynağının +Vcc ile -Vee uçları ile şase (GND) arasına bağlanacaktır. Bu kondansatörlerin görevi güç kaynağından gelebilecek parazitleri şaseye aktararak, devrenin performansını korumaktır. Bu kondansatörlere güç kaynağı dekuplaj kondansatörleride denmektedir. Besleme kaynağı olarak ±12V simetrik güç kaynağı kullanılacaktır. 741 entegresinin ayak bağlantıları deney yapraklarının sonunda verilecektir. 4-Test İşlemleri: Yaklaşık Diferansiyel alıcı: 1- osilaskobun I. Kanalını diferansiyel alıcı devrenin girişine, II. Kanalınıda çıkışına

bağlayınız. Osilaskobun II. Kanalını terslemek için INV tuşuna basınız. 2- Yine sinyal jeneratörünü devre girişlerine bağlayarak, çıkışını 33 Hz üçgen dalga şekline

ayarlayınız. 3- Sinyal jeneratörünün çıkış voltajını osilaskop ile ölçerek 1 Vp-p değerine ayarlayınız. Bu

durumda devrenin çıkışında üst ve alt kısımları, giriş üçgen dalgasının yükselen ve düşen kenarları ile çakışan(eşzamanlı) bir kare dalga görmeniz gerekir. Bulduğunuz bu dalga şekli bir diferansiyel alıcı devresinden beklediğiniz bir sonuçmudur? Eğer bu sizin için bir

sürpriz oldu ise, üçgen dalganın önce pozitif sonra negatif olan ve eğimi sabit olan kenarlarını gözlemleyiniz, gözlem sonucunu raporda belirtiniz. 4- Teorik olarak diferansiyel alıcı devresi çıkış voltajının tepeden tepeye(peak to peak)

değerini üçgen giriş dalgasının kenar eğimlerinden çıkarabiliriz. Sonuç iVCfRV )4( 120 = formülü ile bulunabilir. Burada f Hertz olarak frekansı, iV de giriş voltajının tepeden tepeye olan değerini ifade eder. Şimdi bu formül yardımı ile bulduğunuz sonucu devreden ölçüm yoluyla elde ettiğiniz sonuçla karşılaştırınız. Pratik olarak ölçülen değer ile teorik olarak hesaplanan değer arasında önemli bir fark varmı? Varsa nedenleri ne olabilir ? Ayrıca böyle bir fark sizce bu devre için normalmidir?

5- Şimdi sinyal jeneratörünün frekansını 33 Hz’in üzerine yavaş yavaş çıkarın ve çıkış

voltajındaki değişimi genlik ve dalga şekli olarak gözlemleyiniz. Çıkış dalga şeklini ölçekli olarak değişik frekanslar için milimetrik kağıda çiziniz. Yine devrenin diferansiyel alıcı olarak çalıştığı en yüksek frekansı çıkış dalga şeklini gözlemleyerek not ediniz. Şimdi bu değeri çizeceğiniz kazanç-frekans grafiği üzerinde işaretleyiniz. Bu frekans değeri daha önceden hesapladığınız kritik frekans değeri ile uyuşuyormu? Frekanslar farklı ise sebebi ne olabilir? Kısaca tartışınız.


6

Sinüs Dalga Testi: Bu bölümde diferansiyel alıcı devrenin sinüs giriş sinyaline gösterdiği tepki incelenecektir. Deneydende görüleceği üzere diferansiyel alıcı devre sinüs giriş sinyaline daha önce yapılan eviren yükselteç devresinden çok farklı bir tepki gösterecektir. Bu tepki sonucu kazanç sabit kalmayacak ve frekansla değişecektir. 1- Sinyal jeneratörünü diferansiyel devre girişine bağladıktan sonra frekansı 10 KHz’e

ayarlayınız. 2- Giriş sinyalinin genliğini sinyal jeneratöründen 1 Vp-p olacak şekilde ayarlayınız. 3- Osilaskobun II. Kanalını devre çıkışına bağlayarak bu çıkışı osilaskop düğmelerini

kullanarak tersleyiniz(tersleme işlemini o kanala ait fonksiyon düğmelerinden INV yazanı sağlayacaktır).

4- Bu durumda çıkış sinyali ile giriş sinyali yaklaşık aynı fazlı olmalıdır. 5- Şimdi çıkış voltajını, 0V , osilaskop üzerinden ölçünüz ve devrenin kazancını iVV /0

formülünden hesaplayınız. Bu değeri 12 / RR değeri ile karşılaştırınız, bu iki değerin yaklaşık aynı olduğu görülecektir.

6- Şimdi giriş sinyalinin frekansını 4.6 KHz’e genliğinide 1 Vp-p değerine ayarlayınız. Bu

durumda çıkış voltajını ölçünüz ve iVV /0 formülünden kazancı bulunuz. 7- Bu son işlemi 2.2KHz, 1 KHz, 460 Hz, 220 Hz ve 100 Hz için tekrarlayarak giriş ile çıkış

arasındaki faz kaymasına dikkat ediniz. 8- Devrenin kazanç-frekans grafiğini çizmek için bu yedi frekans değerini x koordinat

düzleminde aralarında eşit mesafe bırakarak işaretleyiniz. Bu işaretleme ile logaritmik frekans ölçeği elde edilecek ve bu şekilde devrenin davranışı doğrusal (lineer) frekans ölçeğinden daha iyi bir şekilde görülebilecektir. Her frekans değerine karşılık gelen kazanç değerlerini(önceki basamaklarda iVV /0 formülünden bulduğunuz) y koordinatına işaretleyerek devrenin kazanç-frekans grafiğini tamamlayınız.

9- Şimdi bu grafik üzerinde daha önce formül-2’den hesapladığınız cf frekansını

işaretleyiniz. İntegral Devresi: Kare Dalga Testi: 1- Şekil-4’teki integral devresini kurunuz. 2- Sinyal jeneratörünü devre girişine bağlayarak 3.3 KHz, 1 Vp-p değerinde kare dalgaya

ayarlayınız.


7

3- Osilaskobun I. Kanalını devre girişine, II. Kanalını devre çıkışına bağlayınız, ve II. Kanalı terleyiniz(INV tuşuna bas)

4- Devre çıkışında yükselen ve düşen kenarları kare dalganın üst ve alt kısımları ile çakışan

bir üçgen dalga görmeniz gerekmektedir. 5- Çıkışta gördüğünüz bu dalga şekli sizin bir integratör devresinden beklediğiniz bir

sonuçmudur? Bu sonucu doğrulamak için 4 nolu formülü, giriş kare dalga sinyalinin her ayrım periyodu için ayrı ayrı uygulayınız ve sonuçları raporda belirtiniz

6- İntegral devresi çıkış voltajının tepeden tepeye değeri giriş sinyalinden bulunabilir. Bunun

için 21

0 4 CfRVV i= formülünü kullanınız. Şimdi çıkış voltajını devreden ölçüm yolu

ile bularak bu formülden bulduğunuz snuç ile karşılaştırınız. 7- Giriş sinyalinin frekansını 3.3 KHz’den aşağıya dogru kademeli olarak azaltınız, her

kademede çıkış voltajını gözlemleyerek voltaj değerlerini kaydediniz ve dalga şeklndeki değişikliklere dikkat çekiniz. Devrenin integratör olarak çalıştığı frekans değerini bularak not ediniz. Şimdi kaydettiğiniz kazanç ve frekans değerlerini kullanarak bir grafik çiziniz ve grafik üzerinde daha önce kaydettiğiniz ve devrenin iyi bir integratör olarak çalıştığı en düşük frekans değerini işaretleyiniz.

Sinüs Dalga Testi: 1- Şimdi devre girişine tepeden tepeye genliği 1 V ve frekansı 10 Hz olan bir sinüs dalgası

uygulayınız. 2- Aynı anda osilaskobun II kanalınıda çıkışa bağlayarak her iki sinyalin yaklaşık aynı fazlı

olduğunu görünüz. 3- Devrenin çıkış voltajını ölçerek kaydediniz ve iVV /0 formülünden devrenin kazancını

hesaplayınız. Bulduğunuz bu değer ile 12 / RR değerini karşılaştırınız, here iki değerin yaklaşık aynı olması gerekmektedir, eğer farklılık var ise devrenizi ve ölçümlerinizi kontrol ediniz.

4- Giriş sinyalinin frekansını 22 Hz’e yükseltiniz bu durumda giriş sinyalinin genliği 1 Vp-p

olmalıdır. Şimdi çıkış voltajını ölçerek, devrenin kazancını iVV /0 formülünden hesaplayınız.

5- Bu son işlemleri 46 Hz, 100 Hz, 220 Hz, 460 Hz ve 1000 Hz için tekrarlayınız ve

sonuçları kaydediniz. Frekans değeri yükseldikçe giriş sinyali ile çıkış sinyali arasında oluşan faz kaymasına dikkat çekiniz.

6- Diferansiyel alıcı devrede olduğu gibi bu devrenin kazanç-frekans grafiğini çizmek için

yyukarıdaki yedi frekans değerini aralarında eşit mesafe olacak şekilde X koordinat düzlemine işaretleyiniz, böylece logaritmik frekans düzlemi elde etmiş ve lineer düzlemden daha fazla bir frekans aralığını aynı anda görme imkanını sağlamış oluyoruz.


8

Burada bulunan yedi frekans değeri için daha önceden hesapladığınız kazanç değerlerini Y düzlemine işaretleyerek devrenin kazanç-frekans grafiğini tamamlayınız.

7- Çizdiğiniz bu grafik üzerinde 5 nolu formülden bulduğunuz kritik frekans değerini

işaretleyiniz. Tartışma ve sonuç bölümlerinde bu frekans değerinden büyük ve küçük frekans değerleri için devrenin davranışını yazınız. Bu sonuçları teorik olarak olması gereken değerlerle karşılaştırınız ve eğer aralarında fark var ise sebepleri hakkında fikir yürüterek raporda yazınız.

TC




ELM202


LABORATUAR FÖYÜ

DENEYİ YAPTIRAN:

DENEYİN ADI:

DENEY NO:


SINIFI: OKUL NO:

DENEY GRUP NO:


DEĞERLENDİRME


Deney Sonuçları

(%20)

Sözlü (%20)

Deney Performansı

(%20)

Deney Raporu (%20)

TOPLAM


2

DENEY-20: OP-AMPLARIN AKTİF FİLTRE DEVRELERİNDE KULLANIMI 1- TANITIM ve AMAÇ: En son yapılan deneyde diferansiyel ve integral alıcı devrelerin farklı frekansa sahip sinüs dalgalarına karşı gösterdiği tepki incelenmişti. Sonuçlardanda gördüğünüz gibi bu devreler basit bir yükselteç devresinden çok farklı özellikler göstermektedir. Bu devreler aynı zamanda filtre devrelerinede örnek teşkil etmektedir. Elektronikte çok fazla kullanım alanına sahip olan filtre devrelerini kısaca istenilen frekans bölgesindeki sinyallerin geçişine izin veren ve bu bölge dışındaki sinyalleri ise zayıflatan devrelerdir diye tanımlayabiliriz.

Görsel olarak filtre devrelerinden hiçbir zorlukla karşılaşmadan gecen frekans bandına kısaca geçiş bandı( pass-band) denmektedir. Geçiş bandının dışındaki frekans bölgelerine ise zayıflatma bandı(attenuation-band) veya durdurma bandı(stop-band) denmektedir. Bu bölgedeki sinyallerin genliği azaltılmakta veya zayıflatılmaktadır. Düşük frekanslı sinyalleri geçiren fakat yüksek frekanslı sinyalleri zayıflatan filtre devrelerine alçak geçiren(low-pass) filtreler denmektedir. Bunun aksine yüksek frekanslı sinyallerin geçişine izin veren, düşük frekanslı sinyalleri ise zayıflatan filtre devreli ise yüksek geçiren(high-pass) filtreler olarak isimlendirilir. Bunun dışında hem düşük hemde yüksek frekanslı sinyalleri zayıflatan fakat bu iki aradaki bir frekans bandının geçişine izin veren filtrelere ise band geçiren(band-pass) filtreler denir. Yine bunun tam aksine yüksek ve düşük frekanslı sinyallerin geçişine izin veren fakat bu iki bölge arasındaki bir frekans bandını zayıflatan filtrelere ise band durduran(band-stop) filtreler denmektedir. Filtre devrelerinin band zayıflatma özelliklerinden başka önemli bir özellikleride giriş ile çıkış sinyalleri arasında faz farkı oluşturmalarıdır. Bu faz farkı frekans değerine bağlı olmakla birlikte geçiş bandında küçük, zayıflatma veya durdurma bandında ise çok büyük değerlere sahiptir. Bu deneyde basit bir alçak geçiren ve birde yüksek geçiren filtre devresini inceleyeceksiniz. İnceleme sonucunda dizayn denklemleri ve formüllerinin doğruluğunu test edecek ve doğrulama imkanı bulacaksınız. Bu iki devrenin incelenmesi sonucu elde edilecek deneyimler sonucu bir dahaki deneyde yapılacak band geçiren filtre devresinin dizaynı daha kolay anlaşılacaktır. Önceki deneyler gibi, bu deneydede yapılan ölçmeler kaydedilecek ve osilaskopta görülen dalga şekilleri çizilecektir. Bu işlemlerden sonra rapor tartışma ve sonuç bölümleri ile sona erdirilecektir. 2- DEVRELER:

2.1- Yüksek Geçiren (High-Pass) Filtre Devresi :

Şekil-1’de yüksek geçiren bir filtre devre şeması verilmiştir, şemadanda görüleceği gibi devre bir önceki deneyde kullanılan diferansiyel alıcı devresi ile aynıdır. Hesaplanan ve değeri devre elemanlarının değerine bağlı olan sabit bir cf frekans değerinin üzerinde, devrenin kazancıda sabit olacak ve devre normal bir yükselteç gibi çalışacaktır. Fakat cf frekansından


3

düşük frekanslarda devrenin kazancı frekans arttıkça azalacak ve böylece düşük frekanslı sinyaller zayıflatılacaktır. Şekil-1 Yüksek Geçiren Filtre Devresi Filtreleme işlemi kondansatörün AC devrelerde gösterdiği özelliklere bağlı olacağından,. eğer

1C kondansatöre değeri cV olan bir voltaj uygulanırsa, üzerinden değeri cI olan bir akım akacaktır. cI ’nin değeri 1XVI cc = formülü ile bulunabilir. Burada 1X kondansatörün reaktansını ifade eder ve R1 direncinin aksine değeri frekans ile değişir. Kondansatörün reaktansını veren formül aşağıda verilmiştir.

11 2

1fC

Xπ

= (Ohm) (1)

Formül-1’den görüldüğü üzere 1X reaktans değeri frekans yükseldikçe azalmakta ve belli bir frekans değerinden sonra R1 direncinin değerinden daha küçük olmaktadır. Eğer frekans arttırılmaya devam edilirse 1X ’in değeri çok küçüleceğinden devrede kondansatörün etkisi azalacak ve hatta ihmal edilebilir bir seviyeye düşecektir. Bu durumda devre, kazancı sabit bir yükselteç gibi çalışacak ve kazancın değerinide R2 ve R1 dirençleri belirleyecektir. Bu durumda kazanç

1

2

RRGYF = (2)

formülü ile belirlenecektir. Düşük değerli frekanslarda ise 1X ’in değeri R1 direncinin değerinden çok büyük olacağından, devrenin kazancına R1’in etkisi çok az olacaktır. Bu durumda devrenin kazancı yaklaşık olarak

211

2 2 RfCXRGAF π== (3)

formülüne eşit olacaktır. Kritik frekans, cf , değeri ise devrenin kazancının 2 numaralı formülde verilen kazanç değerinden 3 numaralı formülde verilen kazanç değerine geçiş yaptığı frekans değeridir diye tanımlanabilir, bu durumda R1 direncinin değeri 1X ’in değerine eşit olacağından,

11

1 21 R

CfX

c

==π

R2

100K

IPOP

IC1

741

C1

15n

R1

10K

R3

100KGND GND


4

olarak yazılabilir. Buradan eğer cf frekans değeri bulunmak istenirse gerekli formül

1121

RCfc π= (Hz) (4)

olacaktır. Bu değer filtre devresinin kesim frekansı(cutt-off frequency) olarakta bilinmektedir. Geçiş bandında yani cff > durumunda devrenin kazancı 2 numaralı formül yardımı ile bulunacak, zayıflatma bandında yani cff < durumunda ise kazanç 3 numaralı formülden bulunacaktır. Kullanım kolaylığı nedeni ile eğer 3 numaralı formülü cf cinsinden tekrar yazarsak

YFcc

AF Gff

RR

ffG ==

1

2 (5)

olacaktır. Bu filtre devresinin kondansatör üzerindeki cV voltajının kondansatör üzerinden akan cI akımından o90 faz farklı olmasından dolayı giriş ile çıkış arasında bir faz farkı oluşmasına neden olacağı tahmin edilebilir Geçiş bandında yani cff > durumunda kondansatör gerilimi

cV , giriş gerilimi iV ’ye kıyasla daha küçük olacağından kondansatörün devreye olan etkisi çok küçük olacaktır. Fakat zayıflatma bandında yani cff < durumunda ise cV yaklaşık olarak iV ’e eşit olacaktır, yani kondansatörün devreye olan etkiside büyük olacaktır. Yükselteç devresi çıkış voltajının( 0V ) değeri, kondansatör üzerinden akan cI akımı ile doğru orantılı olduğundan, giriş ile çıkış arasındaki faz farkı yaklaşık o90 olacaktır. Eğer devrede kullanılan op-amp’ın eviren yükselteç olarak çalışıp çıkışı girişe göre o180 faz farklı yaptığını göz ardı edersek bu faz farkının o90 ileri olduğunu söyleyebiliriz, çünkü kondansatör akımı geriliminden ileridir. 2.2- Alçak Geçiren (Low-Pass) Filtre Devresi :

Şekil-2’de alçak geçiren bir filtre devre şeması verilmiştir, şemadanda görüleceği gibi devre bir önceki deneyde kullanılan integral alıcı devre ile aynıdır. Hesaplanan ve değeri devre

elemanlarının değerine bağlı olan sabit bir cf frekans değerinin altında, devrenin kazancıda sabit olacak ve devre normal bir yükselteç gibi çalışacaktır. Fakat cf frekansından yüksek frekanslarda devrenin kazancı frekans arttıkça azalacak ve böylece yüksek frekanslı sinyaller zayıflatılacaktır. Yüksek geçiren filtrede olduğu gibi, bu devrenin davranışıda kullanılan kondansatörün kapasitif reaktansına bağlı olacaktır. Devrede kullanılan kondansatörün kapasitif reaktansı 2X ile gösterilecek ve değeri frekansa bağlı olacaktır. Devrenin kritik frekans değeri 2X değerini R2 direncinin değerine eşit yapacağından,

22

2 21 R

CfX

c

==π

olarak yazılabilir. Buradan cf frekansının değeri


5

2221

RCfc π= (Hz) (6)

olarak bulunabilir.

Şekil-2 Alçak geçiren(Low-Pass) Filtre Devresi Geçiş bandında yani cff < durumunda, 2X ’nin değeri R2 direncinin değerinden daha büyük olacağından kondansatörün devreye olan etkisi çok az olacaktır. Bu durumda devrenin kazancı yaklaşık olarak sabit olacak ve değeride,

1

2

RRGAF = (7)

formülüne eşit olacaktır. Zayıflatma bandında ise yani cff > durumunda ise , 2X ’nin değeri R2 direncinin değerinden çok daha küçük olacaktır. Bu durumda R2 direncinin devreye olan etkisi çok az olacağından, devrenin kazancı yaklaşık olarak

121

2

21

RfCRXGYF π

== (8)

formülüne eşit olacaktır. Birinci devrede olduğu gibi bu devre içinde Formül-8’i cf cinsinden tekrar yazarsak

AFcc

YF Gff

RR

ffG ==

1

2 (9)

olarak bulunur. Formül-5 ve Formül-9 arasındaki ilişkiyi inceleyerek her iki filtre devresi için zayıflatma bandındaki kazançlarının benzerliklerine dikkat çekiniz. Yüksek geçiren filtre devresinde olduğu gibi alçak geçiren filtre devreside giriş ile çıkış arasında faz kaymasına ve farkına yol açar. Bu fark geçiş bandında küçük olmasına rağmen zayıflatma bandında o90 ye yaklaşır. Fakat buradaki fark yüksek geçiren filtre devresinin aksine ileri değil geridir, çünkü devrenin çıkış voltajı bu kez kondansatörün akım değerine değil voltaj değerine bağlıdır.

IPOP

IC1

741

C2

15nR1

10K

GND

R2

100K

R3

10K


6

2.3- Band Geçiren (Band-Pass) Filtre Devresi :

Şekil-3’de Şekil-1 ve Şekil-2’de verilen yüksek geçiren ve alçak geçiren filtre devrelerinin bir bileşimi verilmiştir. Bu devre bir band geçiren filtre devresine örnek teşkil etmektedir. Bu devre daha önce yapılan devrelerin aksine iki tane kritik frekans veya kesim frekansına sahiptir. Bu frekanslar 1cf ve 2cf olarak gösterilir ve değerleri,

111 2

1RC

fc π= (Hz) (10)

ve

222 2

1RC

fc π= (Hz) (11)

formülleri ile belirlenir.

Şekil-3 Band Geçiren(Band-Pass) Filtre Devresi

Geçiş bandı ise aşağıdaki eşitlikte verilen ifade ile belirlenebilir.

21 cc fff << (12) Bu aralıkta verilen devrenin kazancı ise

1

2

RRGGB = (13)

Düşük frekanslardaki yani 1cff < durumunda ise devrenin kazancı

GBc

AF GffG

1

= (14)

olacaktır. Yüksek frekans yani 2cff > durumunda devrenin kazancı

GBc

YF Gf

fG 2= (15)

R2

IPOP

IC1

741

C1 R1

R3

GND GND

C2


7

olacaktır. Devrenin faz kaydırma durumuda hem yüksek geçiren hemde alçak geçiren filtrenin özelliklerini taşımaktadır. Buna göre düşük frekanslarda( 1cff < ), giriş ile çıkış arasındaki faz kayması o90 geri değerine, yüksek frekanslarda( 2cff > ) ise o90 ileri değerine yaklaşacaktır. 3-Devrenin Montajı: Deney yapacak her gruba 1 adet 741 op-amp entegresi 1 adet 15 nF kondansatör 2 adet 100 nF kondansatör 2 adet 10 K direnç 2 adet 100 K direnç verilecektir. Deney sonunda malzemeler malzeme odasındaki kutulara değerlerine göre tekrar yerleştirilecektir. Sırası ile Şekil-1 ve Şekil-2’ deki devreler bread board üzerine kurulacaktır. Devrenin montajı bittiğinde açık şema üzerinde gösterilmeyen 100 nF’lık kondansatörler simetrik besleme kaynağının +Vcc ile -Vee uçları ile şase (GND) arasına bağlanacaktır. Bu kondansatörlerin görevi güç kaynağından gelebilecek parazitleri şaseye aktararak, devrenin performansını korumaktır. Bu kondansatörlere güç kaynağı dekuplaj kondansatörleride denmektedir. Besleme kaynağı olarak ±12V simetrik güç kaynağı kullanılacaktır. 741 entegresinin ayak bağlantıları deney yapraklarının sonunda verilecektir. 4-Test İşlemleri: 4.1-Yüksek Geçiren Filtre Devresi: Şekil-1’de verilen devrede kullanılan devre elemanlarının değerlerini Formül-4’te kullanarak, yüksek geçiren filtre devresi için kritik frekans değerini hesaplayınız. Buna göre bu deneyin amacı • Deney yolu ile geçiş bandı frekansının Formül-2’de verilen değer ile uyuştuğunu görmek

ve formülü doğrulamak. • cff = olduğunda, yani kritik frekans değerindeki devrenin kazancının ve giriş ile çıkış

arasındaki faz farkının bulunması. • Formül-5’te verilen devrenin zayıflatma bandındaki kazancını deney yolu ile bulmak ve

teorik olarak bulunan değer ile karşılaştırmak. İşlem sırası : 1- osilaskobun I. Kanalını filtre devresinin girişine, II. Kanalınıda çıkışına bağlayınız.

Osilaskobun II. Kanalını terslemek için INV tuşuna basınız. 2- Yine sinyal jeneratörünü devre girişlerine bağlayarak, çıkışını 10 KHz sinüs dalga şekline

ayarlayınız.


8

3- Sinyal jeneratörünün çıkış voltajını osilaskop ile ölçerek 1 Vp-p değerine ayarlayınız. Bu

durumda devrenin çıkışında giriş ile yaklaşık aynı fazlı bir sinüs dalga şekli görmeniz gerekir.

4- Çıkış voltajınının tepeden tepeye değerini ölçerek bu değer yardımı ile devrenin geçiş

bandı kazancını iVV /0 formülünden hesaplayınız. Bulduğunuz bu değeri Formül-2’den hesapladığınız değer ile karşılaştırınız ve sonucu raporda belirtiniz.

5- Şimdi sinyal jeneratörünün frekansını kademeli olarak 1.06 KHz’e indirin, bu işlemi

yaparken çıkışı gözlemleyerek genlik ve fazındaki değişimleri not ediniz ve raporunuzda belirtiniz. Yine hangi frekans değerinde çıkış voltajının genliğinin azalmaya başladığını not ederek raporunuzda belirtiniz.

6- Kesim veya kritik frekans değeri olan 1.06 KHz değerindeki devrenin kazancını iVV /0

formülünden hesaplayınız. Bulduğunuz değerin, daha önceki işlem basamaklarda bulunan geçiş bandı kazancının yüzde kaçına denk geldiğini hesaplayınız ve bu değeri teorik olarak olması gereken %70.7 veya bunun karşılığı olan –3 dB ile karşılaştırınız. Arada fark var ise sebepleri konusunu tartışınız.

7- Giriş ile çıkış sinyalleri arasındaki faz farkını ölçmek için her iki sinyali osilaskop

ekranının tam ortasında bulunan yatay sıfır çizgisinde üst üste gelecek şekilde ayarlayınız. Osilaskobun ayar düğmelerini kullanarak ölçmek istediğiniz sinyallerin ekranda tam bir periyot olduğuna ve bundan sonraki kademelerde tam bir periyodun ekrana sığmadığından emin olunuz(ekranda sinyalin tam bir periyodunun göründüğü maksimum durum-bakınız şekil-4). Şekil-4’de görüldüğü gibi her iki sinyalin yatay sıfır çizgisini kestiği iki nokta

arasındaki d mesafesini ölçünüz. X koordinat düzlemindeki bir periyodun uzunluğu o360 ile gösterildiğine göre iki sinyal arasındaki faz açısı

o

ld 360=φ

formülü ile bulunabilir. Burada l bir periyodun uzunluğunu ifade eder. d ve l osilaskop ekranından cm olarak okunabilir.

Şekil-4 İki Sinyal arasındaki faz farkının ölçümü

Şekil-4’de gösterilen örnek için A sinyali B sinyalinden ileri fazlıdır, çünkü yatay sıfır eksenini(zaman ekseni) B sinyalinden daha önce geçmektedir. Şimdi bu metodu kullanarak yaptığınız filtre devresinin giriş ile çıkış sinyalleri arsındaki faz farkını

d

A

B


9

ölçünüz. Referans sinyaliniz giriş sinyali olduğuna göre çıkış sinyalinin girişe göre ileri mi yoksa geri fazlımı olduğunu belirtiniz

8- Giriş sinyalinin frekansını kademeli olarak azaltmaya devam ediniz ve bu durumda çıkış

sinyalindeki değişiklikleri not ediniz. Frekansı 106 Hz’e ayarlayarak filtre devresinin kazancını bulunuz, bulduğunuz değeri Formül-5’ten bulduğunuz değerle karşılaştırınız. Ayrıca bu frekanstaki giriş ile çıkış arasındaki faz farkınıda ölçerek sonuçları raporunuzda belirtiniz(ileri veya geri fazlı olup olmadığı belirtilecek).

9- 4.2-Alçak Geçiren Filtre Devresi: Şekil-2’de verilen devrede kullanılan devre elemanlarının değerlerini Formül-6’da kullanarak, alçak geçiren filtre devresi için kritik frekans değerini hesaplayınız. Buna göre bu deneyin amacı • Deney yolu ile geçiş bandı frekansının( cff < ) Formül-7’de verilen değer ile uyuştuğunu

görmek ve formülü doğrulamak. • cff = olduğunda, yani kritik frekans değerindeki devrenin kazancının ve giriş ile çıkış

arasındaki faz farkının bulunması. • Formül-9’da verilen devrenin zayıflatma bandındaki( cff > ) kazancını deney yolu ile

bulmak ve teorik olarak bulunan değer ile karşılaştırmak, ayrıca giriş ile çıkış arasındaki faz farkını ölçmek.

İşlem sırası : 1- Osilaskobun I. Kanalını alçak geçiren filtre devresinin girişine, II. Kanalınıda çıkışına

bağlayınız. Osilaskobun II. Kanalını terslemek için INV tuşuna basınız. 2- Yine sinyal jeneratörünü devre girişlerine bağlayarak, çıkışını 10 Hz sinüs dalga şekline

ayarlayınız. 3- Sinyal jeneratörünün çıkış voltajını osilaskop ile ölçerek 1 Vp-p değerine ayarlayınız. Bu

durumda devrenin çıkışında giriş ile yaklaşık aynı fazlı bir sinüs dalga şekli görmeniz gerekir.

4- Çıkış voltajınının tepeden tepeye değerini ölçerek bu değer yardımı ile devrenin geçiş

bandı kazancını iVV /0 formülünden hesaplayınız. Bulduğunuz bu değeri Formül-7’den hesapladığınız değer ile karşılaştırınız ve sonucu raporda belirtiniz.

5- Şimdi sinyal jeneratörünün frekansını kademeli olarak 106 Hz’e çıkartın, bu işlemi

yaparken çıkışı gözlemleyerek genlik ve fazındaki değişimleri not ediniz ve raporunuzda belirtiniz. Yine hangi frekans değerinde çıkış voltajının genliğinin azalmaya başladığını not ederek raporunuzda belirtiniz.

6- Kesim veya kritik frekans değeri olan 106 Hz değerindeki devrenin kazancını iVV /0

formülünden hesaplayınız. Bulduğunuz değerin, daha önceki işlem basamaklarda bulunan geçiş bandı kazancının yüzde kaçına denk geldiğini hesaplayınız ve bu değeri teorik olarak olması gereken %70.7 veya bunun karşılığı olan –3 dB ile karşılaştırınız. Arada fark var ise sebepleri konusunu tartışınız.


10

7- Kesim frekansı olan 106 Hz’deki giriş ile çıkış sinyalleri arasındaki faz farkını ölçerek

ileri mi yoksa geri fazlımı olduğunu belirtiniz. 8- Giriş sinyalinin frekansını kademeli olarak arttırmaya devam ediniz ve bu durumda çıkış

sinyalindeki değişiklikleri not ediniz. Frekansı 1.06 KHz’e ayarlayarak filtre devresinin kazancını bulunuz, bulduğunuz değeri Formül-9’dan bulduğunuz değerle karşılaştırınız. Ayrıca bu frekanstaki giriş ile çıkış arasındaki faz farkınıda ölçerek sonuçları raporunuzda belirtiniz(ileri veya geri fazlı olup olmadığı belirtilecek).

5-Band Geçiren Filtre Devresi: Deneyin bu bölümünde sizlerden bir band geçiren filtre devresi dizayn etmeniz istenmektedir. Bizden istenen devrenin yerine getirmesi gereken özellikler aşağıda verilmiştir. Buna göre optik haberleşme ile uğraşan kullanıcı elindeki kızılötesi sinyali(infra-red) bir verici yardımı ile birkaç santim ileride duran alıcı devresine iletmeyi planlamaktadır. Elindeki verici ve alıcı normal olarak çalışmasının yanı sıra, alıcı devresi vericinin gönderdiği kızılötesi sinyal ile birlikte bazı istenmeyen sinyalleride almaktadır. Dolayısı ile alıcının aldığı sinyal ile vericinin gönderdiği sinyal aynı olmamaktadır. Alıcının özellikle flüoresan lambanın ışığından etkilendiği bilinmektedir(bu interference sinyalinin frekansı yaklaşık 100 Hz olarak bilinmektedir, buda yaklaşık olarak 50 Hz’lik şebeke frekansının iki katına tekabül

etmektedir). Bizden istenen ise bir band geçiren filtre devresidir. Bu filtre devresi gönderilmek istenen yaklaşık 2 KHz’lik kızılötesi sinyali yükseltmeli ve bunun dışındaki istenmeyen sinyalleri ise zayıflatmalıdır, böylece alıcı ile verici arasında sinyal gönderme ve alma sırasında oluşan bozulmalar(distortion) önlenmiş olacaktır. Bu temel bilgilerden sonra bizden istenen filtre devresinin taşıması gereken özellikler aşağıda verilmiştir. Filtrenin Özellikleri: Geçiş bandı kazancı : GGB=10 Alt kesim frekansı : fc1 < 1.5 KHz Üst kesim frekansı : fc2 > 3 KHz 100 Hz’deki kazanç < 0.1GGB olacak 5.1- Band Geçiren Filtre Dizaynı : 5.1.1- R1 ve R2 dirençlerinin başlangıç değerleri : Dizayn edilecek filtre devresinin geçiş bandı kazancının GGB=10 olması istenmektedir. Buna göre Formül-13’ten R2/R1=10 olması gerektiği bulunabilir. Aynı şekilde R2=10R1 olarak bulunabilir. Teorik olarak istenilen direnç değerleri kullanılarak bu eşitlik sağlanılabilir, fakat pratikte bazı kısıtlamalar söz konusudur. Örneğin yüksek frekanslarda devrenin giriş empedansı yaklaşık olarak R1 direncinin değerine eşit olmaktadır, eğer bu değer çok düşük seçilirse yüksek frekansta filtre devresi sinyal kaynağından çok büyük akım çekecek ve kaynağı aşırı yükleyecektir. Bu ise istenmeyen bir durumdur. Eğer sinyal kaynağı op-amp ile yapılmış başka bir devre ise bu değerin 1 KΩ2dan küçük olması istenmez, hatta bu değerden daha büyük olması tercih sebebidir. Diğer taraftan eğer R2 direncinin değeri 100 KΩ’dan çok büyük seçilirse bu durumda filtrede kullanılan op-amp’ın çalışmasında problemler ortaya çıkacaktır. Bu değerde kesinlikle 1 MΩ’dan büyük seçilmemelidir. Buna göre R1 ve R2 dirençlerinin alabileceği muhtemel değerler 1 KΩ ila 1 MΩ arasında olmalıdır., tercih edilen


11

aralık ise 10 KΩ ila 100 KΩ arasındadır. Başlangıç değeri olarak R1’i 10 KΩ, R2’yi ise 100 KΩ olarak seçin, bu değerler daha sonra kondansatör değerleri seçilirken değiştirilebilir. 5.1.2- C1 ve C2 kondansatörlerinin başlangıç değerleri : C1 ve C2 kondansatörlerinin değerleri Formül-10 ve 11 vasıtası ile fc1 ve fc2 kesim frekansları ile irtibatlandırılmıştır. İlk olarak fc2 kesim frekansını ele alalım. Filtre devresinin özellikleri bölümünde fc2’nin alt limiti 3 KHz olarak verilmişti. Bu değeri ve R2 nin başlangıç değerini Formül-11’de yerine yazarsak, C2 kondansatörünün değerini hesaplayabiliriz. Bu değer C2 için üst limittir, bu değerden daha küçük seçilecek bir C2 değeri fc2 > 3 KHz eşitliğini sağlayacaktır. İkinci olarak fc1 kesim frekansını ele alalım. Yine bu frekans için üst limit filtrenin özellikleri bölümünde 1.5 KHz olarak verilmişti(fc1 < 1.5 KHz). Yine devrenin özellikleri bölümünde verilen devrenin 100 Hz’deki kazanç değerini kullanarak fc1 için alt limiti belirleyebiliriz. Buna göre değerleri Formül-14’te yerine koyarsak eşitlik

GBc

GBAF GffGG

1

1.0 ==

olacaktır. Buradan fc1 =10f = 1 KHz olarak bulunur. Bu değer fc1 için alt limittir. fc1 için mümkün olan değerler aralığı ise

1 KHz < fc1 < 1.5 KHz

olacaktır. Bu aralıkta seçilecek bir değer ve R1 direncinin değeri Formül-10’da yerine konulursa C1 kondansatörünün değeri bulunabilir. Bu aralıkta seçilecek herhangi bir değer istenilen özellikler için yeterli olacaktır. Son olarak dizayn işleminin tamamlanabilmesi için Şekil-3’teki devre için R3 direncinin seçimi yapılmalıdır. Bu devre için R3 direncinin değeri R2 direncinin değerine eşit alınmalıdır. Eğer devre C1 kondansatörü kullanılmayan basit bir eviren yükselteç devresi olsa idi, R3 için seçilmesi gereken değer R1 ve R2 dirençlerinin paralel eşdeğeri olacaktı. 5.1.3- Pratik Devre Elemanı Değerleri : R1 ve R2 dirençlerinin başlangıç değerleri 10 KΩ ve 100 KΩ olduğu kabul edildiğinde, elimizde C1 kondansatörünün değeri için kullanabileceğimiz bir değerler aralığı vardır. Bundan sonraki problem ise pratikte kondansatör değerlerinin dirençler kadar zengin olmamasıdır. Genellikle pratikte kondansatör değerleri için E6 standardı kullanılır. E6 serisi standardı için verilen değerler 10 15 22 33 47 68 100 değerleridir. Burada yazan her değer için pF, nF, ve μF değerleri mevcuttur. Dirençler için ise pratikte en çok kullanılan E12 serisi standardıdır. Bu seride 10 12 15 18 22 27 33 39 47 56 68 82 100 değerleri bulunmaktadır. Eğer C1 için standarda uyan uygun bir değer bulamadı iseniz, R1 ve R2 değerlerini yukarıdaki standarda uygun olarak tekrar değiştirin ve C1 ve C2 kondansatörlerinin alabileceği değer aralığını tekrar hesaplayın. Bu şekilde C1


12

kondansatörünün değerini standarda uygunlaştırabilirsiniz, buradanda uygun bir C2 değeri seçilebilir. Bu işlemleri yaptıktan sonra hesaplanan devre elemanlarının pratik değerlerini kullanarak fc1 ve fc2 kesim frekanslarını tekrar hesaplayın ve değerlerinin istenilen sınırlar içerisinde olduğundan emin olun. 5.2- Devrenin Montajı :

Yukarıda hesaplanan değerleri ders hocasından temin ediniz ve gerekli devreyi bread-board üzerine Şekil-3’teki şemayı kullanarak montaj edin. Test işlemleri bittikten sonra elemanlar değerlerine dikkat edilerek tekrar malzeme kutularına yerleştirilecektir. Lütfen çalıştıktan sonra masanızın üstünü temizleyip düzenleyerek, gelecek grup için hazır hale getiriniz.

5.4- Devrenin Test Edilmesi : Bu deneyden önce yaptığınız iki filtre devresinin test işlemlerini kullanarak bu deney için test basamaklarını kendiniz oluşturacaksınız. Böylece devrenin çalıştığından emim olabilirsiniz. Test işlemlerinizin detaylarını ve sonuçlarını raporunuzda belirtiniz. Test işlemleri sonunda geçiş bandı(f = 2 KHz) kazancınıda sonuçlarınıza ekleyiniz. Biraz sonra açıklanacak olan sebepten dolayı geçiş bandı kazancı (GGB) dizayn için istenilen 10 değerinden küçük çıkabilir, bunun nedeni geçiş bandı kazancını veren Formül-13’ten çıkan R2/R1 sonucunun sadece fc1 << fc2 durumunda geçerli olmasıdır. Burada dizayn edilen devre için ise bu değerler birbirine çok yakındır, dolayısı ile gerçekte Formül-13, R2/R1 sonucunu vermeyecektir. Bu sonucu aynı zamanda yüksek geçiren ve alçak geçiren filtre devrelerinin test sonuçlarındanda tahmin edebilirsiniz. Orada frekans, f, kesim frekansı fc’ye yaklaştığında kazanç yaklaşık %30 düşmektedir. Burada yapılan band geçiren filtre devresi, yüksek ve alçak geçiren iki ayrı filtre devresinin birleşiminden oluştuğuna göre ve geçiş bandının ortasında bulunan f = 2 KHz frekansı hem alt ve hemde üst kesim frekanslarına çok yakın olduğundan, kazançta 10 değerinden düşük çıkacaktır. Bu normal bir sonuçtur. 6- Deney Yapraklarında Kullanılan Kısaltmalar ve Anlamları : GYF : Yüksek Frekanstaki devrenin kazancı GAF : Alçak Frekanstaki devrenin kazancı GGB : Geçiş Bandındaki devrenin kazancı f : Devreye uygulanan sinyalin frekansı fc : Kritik veya kesim frekansı fc1 : Band geçiren filtre için alt kesim frekansı fc2 : Band geçiren filtre için üst kesim frekansı

Şekil-5 741 Op-Amp entegresinin ayak bağlantısı

TC




ELM202


LABORATUAR FÖYÜ

DENEYİ YAPTIRAN:

DENEYİN ADI:

DENEY NO:


SINIFI: OKUL NO:

DENEY GRUP NO:


DEĞERLENDİRME


Deney Sonuçları

(%20)

Sözlü (%20)

Deney Performansı

(%20)

Deney Raporu (%20)

TOPLAM


2

DENEY 12 : FARK YÜKSELTEÇLERİ AMAÇ: İşlemsel yükselteçlerin temel taşı olan fark yükselteçlerini tanımak, çalışma prensibini öğrenmek ve çalışma durumlarını incelemek. TEORİ: Analog elektroniğin vazgeçilmez elemanlarından olan işlemsel yükselteçler(Operational Amplifiers) birçok matematiksel işlemin yerine getirilmesinde uzun yıllardır kullanılmaktadır. Örneğin toplama, çıkarma, integral alma, türev alma, karşılaştırma, elektronik röle, aktif filtre, osilatör vb. birçok uygulamada kullanılmakta ve diğer elemanlara göre dizayn işlemlerini basitleştirmektedir. Op-Amp’ların iç yapısı incelenirse giriş katında bir fark(differential) yükseltecinin olduğu ve daha sonra bu yükselteç çıkışının, diğer yükselteç katları ile önce genlik daha sonrada güç yükseltimine tabi tutulduğu görülebilir. Fark yükselteçlerinin çalışma prensiplerinin anlaşılması op-amp’ların çalışma prensibini büyük ölçüde kolaylaştırmaktadır. Şimdi kısaca fark yükselteçlerini inceleyelim. Tipik bir fark yükselteci aşağıdaki şekilde görüldüğü gibidir.

Q2

RC

RE

+Vcc

Vo1

Vİ1

RC

-VEE

Vo2

Vİ2Q1

Burada kullanılan transistörlerin aynı tip ve özellikte olması büyük önem arz etmektedir. Yine kullanılan RC dirençleri ve DC besleme kaynakları birbirlerine eşit olmalıdır. Bu devrenin çalışması üç durumda incelenebilir. Birincisi tek girişli çalışma durumudur. Bu durumda aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi yükselteç girişlerinden birisi şase yapılırken, diğerine AC bir sinyal verilir. Devrenin DC analizi için Q2 transistörünün beyz- emiter uçları arasına bağlı kapalı elektrik devresine Kirchoff’un gerilim kanununu uygularsak, RE direnci üzerinden geçen IRE akımı şu şekilde bulunur.

E

BEEERE R

VVI −=

Devreden görüldüğü gibi, her bir transistörün emiter akımı bu akımın yarısına eşittir, yani;

221RE

EEEIII ===

olur. Buradan her bir transistör için re değeri;

)(26

21 mAImVrrr

Eeee ===

olarak bulunur.


3

Q2

RC

RE

+Vcc

Vo1

Vİ1

RC

-VEE

Vo2

Vİ2Q1

Buna göre devrenin Vİ1 girişinden VO1 çıkışına olan gerilim kazancı;

e

C

İ

OV r

RVV

A21

11 −== ,

Vİ1 girişinden VO2 çıkışına olan gerilim kazancı ise;

e

C

İ

OV r

RVV

A21

22 ==

olarak bulunur. Not: Eşitliklerin elde edilmesi için ders notlarınıza bakınız. İkinci çalışma durumu ise her iki girişe farklı farklı AC sinyallerin uygulandığı iki girişli çalışma durumudur. İki girişli çalışma durumu aşağıda görülmektedir.

Q2

RC

RE

+Vcc

Vo1

Vİ1

RC

-VEE

Vo2

Vİ2

Q1

Bu durumun analizi için tek girişli durumdan yararlanabiliriz. Eğer tek girişli durum gerilim kazançları incelenirse, Vİ1’den verilen AC sinyal VO1’den 180o faz farklı olarak, VO2’den ise faz farksız yani aynı fazlı olarak alınmakta idi(yükseltme faktörü her iki çıkış içinde aynı idi). Bu durumun terside doğrudur. Zira Vİ2’den vereceğimiz AC sinyal VO2’den 180o faz farklı, VO1’den ise aynı fazlı olarak alınmaktadır. Böyle olunca her iki girişe vereceğimiz sinyallerin oluşturacağı çıkış sinyalleri VO1 veya VO2’de aritmetik olarak toplanacaktır. Eğer her iki girişte aynı fazlı ise buna göre çıkışlar birbirinden çıkarılacaktır. Bu durumda kazanç aynı kalacaktır. Bu durumu matematiksel olarak ifade edersek;


4

e

C

İd

OVd r

RVV

A2

−==

olacaktır. Burada Vİd ile gösterilen değer, 21 İİİd VVV −=

olacaktır. Üçüncü çalışma durumu ise her iki girişe de aynı sinyalin uygulandığı ortak çalışma durumudur. Bu çalışma durumu aşağıda görülmektedir.

Q2

RC

RE

+Vcc

Vo1

Vİ1

RC

-VEE

Vo2

Vİ2

Q1

Şekilden görüldüğü gibi her iki girişe de aynı sinyal uygulanmıştır. Dolayısı ile iki girişli durum analizi sonucuna göre yükselteç çıkışlarından sıfır voltluk bir çıkış bekleyebiliriz. Ama gerçekte bu böyle olmaz ve bu çalışma modunda aşağıdaki gerilim kazancı elde edilir(bakınız ders notları).

Ee

C

Ee

C

İ

OVC Rr

RRr

RVV

A2)1(2 +

≅++

==ββ

β

İdealde bu değerin sıfır olması istenmektedir, pratikte sıfır yapmak mümkün olmasada sıfıra yaklaştırmak mümkündür. Formül incelenirse RC değerini düşürmek bu kazancı düşürmesine rağmen, normal çalışmadaki kazancıda düşürmektedir, dolayısı ile RC ile bu değeri sıfıra yaklaştırmak mümkün değildir. Yine re değeri zaten çok küçük bir değer olduğundan formülde buda etkisiz kabul edilebilir. Diğer taraftan RE direncini arttırmak ise DC emiter akımını azaltmaktadır ki, bu istenmeyen bir durumdur. O zaman DC emiter akımını azaltmadan RE direncini arttırmanın bir yolunu bulmak gerekmektedir. Buna çözüm olarak sabit akım kaynaklarını gösterebiliriz. Bilindiği gibi ideal akım kaynaklarının iç direnci sonsuzdur, pratikte ise çok büyüktür ve bu akım kaynakları istenilen bir akımı verebilmektedir. Bu yüzden RE direnci yerine aşağıda görüldüğü gibi sabit bir akım kaynağı bağlamak akıllıcadır. Eğer devre incelenirse Q1 ve Q2 transistörlerinden yine istenilen bir DC emiter akımı geçirilirken, daha önceki RE direnci yerine bağlanan Q3 transistörünün yüksek değerlikli emiter-kollektör arası iç direnci(ro), ortak çalışmadaki kazancı sıfıra yaklaştıracaktır. Buna göre yukarıdaki formül yaklaşık olarak şu şekilde yeniden düzenlenebilir.

oe

C

İ

OVC rr

RVV

A2+

≅=


5

r0

R1

Q2

RC

RE

+Vcc

Vo1

Vİ1

RC

-VEE

Vo2

Vİ2

Q1

Q3

R2

İŞLEM BASAMAKLARI

Not: İşlem basamaklarında yapacağınız voltaj ölçümlerini osilaskop ile yapınız. Ölçüm sırasında Volt/div ve Time/div düğmelerini ayarlayarak, ölçülecek sinyali/sinyalleri ekrana sığabilecek en büyük konuma getiriniz.

1- Aşağıdaki devreyi deney seti üzerine kurunuz ve devreye ±12 V DC besleme uygulayınız.

Q2

RC

RE

+12V

Vo1

BC238B

Vİ1

10K RC

-12

Vo2

Vİ2Q1

10K

12K

BC238B

P

250 Ω

2- Her iki girişi de şase yaparak, VO1 ve VO2 çıkışları arasına bir voltmetre bağlayınız. Daha sonra P

potansiyometresini ayarlayarak voltmetreden sıfır volt okuyunuz. Bu noktadan sonra potansiyometre ile ayar yapmayınız(sabit bırakınız). Böylece devredeki elemanlardan dolayı oluşabilecek farklılıkları dengelemiş ve eşit hale getirmiş olduk.

3- Şimdi Vİ1 girişine 50 mVp-p / 1 KHz değerinde bir sinüs sinyali uygulayınız. Bu durumda Vİ1 şase seviyesinde olmalıdır. Bu durumda VO1 ve VO2 çıkışlarını osilaskop ile ölçerek aşağıya kaydediniz.


6

t (s)

Vo1(t)

0

t (s)

Vo2(t)

0

4- Bu adımda yukarıda bulduğunuz sonuçları ve giriş sinyalinin genlik değerini kullanarak devrenin

gerilim kazancını hesaplayıp aşağıya kaydediniz.

==İ

OV V

VA ………………….

5- Şimdi Vİ2 girişinede ayrı bir kaynaktan 30 mV / 1KHz değerinde bir sinüs sinyali uygulayınız(Vİ1’de

3. adımdaki AC sinyal kaynağı bağlı iken). Bu durumda VO1 ve VO2 çıkışlarını osilaskop ile ölçerek aşağıya kaydediniz.

t (s)

Vo1(t)

0


7

t (s)

Vo2(t)

0

6- Bu adımda devredeki her iki girişi kısa devre ediniz ve iki girişe birden aynı kaynağı 50 mV / 1KHz

değerinde sinüs uygulayarak bağlayınız. Bu durumda Çıkış dalga şekillerini aşağıya kaydediniz.

t (s)

Vo1(t)

0

t (s)

Vo2(t)

0

7- Bu durum için ortak mod gerilim kazancını giriş sinyalinin değerini ve yukarıdaki çıkış sinyali

değerlerinden birini kullanarak hesaplayınız ve aşağıya kaydediniz.

==İ

OVC V

VA ………………….

8- Bu adımda ortak mod çalışmadaki kazancı düşürmek için aşağıdaki devreyi deney seti üzerine kurunuz.


8

Q2

RC

+12V

Vo1

BC238B

Vİ1

10K RC

Vo2

Vİ2Q1

10K

BC238B

P

250 Ω

r0R1

RE

-12 V

Q3

R2

BC238B

100K 15K1K

9- Bu devre ile daha önce kurduğunuz devredeki Q1 ve Q2 transistörlerinin emiter akımlarının yaklaşık

aynı olduğunu hesaplama ile teyyid ediniz. 10- 2. adımda uyguladığınız dengeleme işlemini bu adımda tekrarlayınız ve her iki giriş arasında sıfır volt

elde edinceye dek P potansiyometresini ayarlayınız. 11- Şimdi Vİ1 girişine 50 mVp-p / 1 KHz değerinde bir sinüs sinyali uygulayınız. Bu durumda Vİ1 şase

seviyesinde olmalıdır. Bu durumda VO1 ve VO2 çıkışlarını osilaskop ile ölçerek aşağıya kaydediniz.

t (s)

Vo1(t)

0

t (s)

Vo2(t)

0


9

12- Bu adımda yukarıda bulduğunuz sonuçları ve giriş sinyalinin genlik değerini kullanarak devrenin gerilim kazancını hesaplayıp aşağıya kaydediniz.

==İ

OV V

VA ………………….

13- Şimdi Vİ2 girişinede ayrı bir kaynaktan 30 mV / 1KHz değerinde bir sinüs sinyali uygulayınız(Vİ1’de 3.

adımdaki AC sinyal kaynağı bağlı iken). Bu durumda VO1 ve VO2 çıkışlarını osilaskop ile ölçerek aşağıya kaydediniz.

t (s)

Vo1(t)

0

t (s)

Vo2(t)

0

14- Bu adımda devredeki her iki girişi kısa devre ediniz ve iki girişe birden aynı kaynağı 50 mV/ 1KHz

değerinde sinüs uygulayarak bağlayınız. Bu durumda Çıkış dalga şekillerini aşağıya kaydediniz.

t (s)

Vo1(t)

0


10

t (s)

Vo2(t)

0

15- Bu durum için ortak mod gerilim kazancını, giriş sinyalinin değerini ve yukarıdaki çıkış sinyali

değerlerinden birini kullanarak hesaplayınız ve aşağıya kaydediniz.

==İ

OVC V

VA ………………….


1- Bu deney sonucu gördüğünüz deneysel ve teorik çalışma farklarını açıklayınız. 2- Devrenin nasıl fark yükselteci olarak çalıştığını açıklayınız. 3- Deneyde kullandığınız iki devre arasındaki farkları açıklayınız. 4- Akım kaynağı kullanmak devrenin çalışması üzerinde nasıl bir etki oluşturdu? 5- Ortak mod çalışmadaki kazancı sıfıra daha yakın yapmak için sizin çözüm önerileriniz nedir? Açıklayınız. 6- Fark yükseltecinin kullanılabileceği uygulama alanlarını belirtiniz.

SORULAR 1- Fark yükseltecinde bulunan RE direncinin görevini açıklayınız. 2- Devrede kullanılan ve aynı olması gereken elemanların karakteristiklerindeki farklılıklar devrenin

çalışmasını nasıl etkiler? 3- Op-Amp’larda bulunan ofset gerilimini araştırınız ve bu devre ile ilişkisini açıklayınız.

TC




ELM202


LABORATUAR FÖYÜ

DENEYİ YAPTIRAN:

DENEYİN ADI:

DENEY NO:


SINIFI: OKUL NO:

DENEY GRUP NO:


DEĞERLENDİRME


Deney Sonuçları

(%20)

Sözlü (%20)

Deney Performansı

(%20)

Deney Raporu (%20)

TOPLAM


2

DENEY 18 : OP-AMP’LI YÜKSELTEÇ DEVRELERİ TANITIM ve AMAÇ: 1- İşlemsel yükselteçler( Op-Amp) analog elektroniğin temel taşlarından biridir. Op-Amp

küçük bir entegre devredir( Integrated Circuits- IC) ve içerisinde oldukça fazla transistor ve direnç vardır, fakat bu karmaşıklık elemanların tek bir paket içerisine konulması ile kullanıcı tarafından fark edilmez. Harici olarak, bir op-amp ideale yakın özellikleri ve basit kullanılış özelliği ile çok kullanışlı devreler yapmaya yarar. Örneğin yükselteç devreleri, osilatörler ve filtre devreleri gibi.

2- Bu deneyin amacı iki farklı yükselteç devresinin montajı ve montajı yapılan devrelerin test edilmesidir. Deney sonucunda kullanıcı op-amp’ın çalışması ve kullanımı hakkında detaylı bilgi sahibi olacaktır. Laboratuarda herkes ikişerli gruplar halinde çalışacak ve her gruba birer takım devre elemanları verilecektir. Devrelerin montajı laboratuarda bulunan bread-board’lar üzerine yapılacak ve her grup 1 adet osilaskop ve 1 adet dijital Avometre kullanacaktır.

3- Deney sırasında yapılan ölçümler kaydedilecek ve eğer osilaskop ile yapılmışsa dalga şekilleri çizilecektir. Bu değerler kullanılarak bir sonraki haftanın laboratuar saatinde gelmek üzere bir rapor yazılacak ve rapor test sonuçlarının yanı sıra kısa bir tartışma bölümü ve sonuç bölümünüde içerecektir.

YÜKSELTEÇ DEVRELERİ: Bu deneyde kullanılacak iki basit yükselteç devresi, op-amp’ın kullanımı ve çalışması hakkında bilgi sahibi olmanızı sağlayacaktır. Buradan öğrenilecek bilgiler op-amp’ın daha başka devrelerde kullanımı konusunda da fikir sahibi olmanızı sağlayacaktır. Çünkü temelde op-amp’ın kullanım özellikleri değişmeyecektir. A. Eviren Yükselteç (Inverting Amplifier) Şekil-1 voltaj kazancı -10 olan bir eviren yükselteç devresini göstermektedir. Buradaki voltaj

kazancını 1

2

RR

− oranı vermektedir. Bu devrede kullanılan eleman değerleri 741’in

kullanımındaki tipik değerlerdir. 3R direnci, temel yükselteç devresinin bir ilavesidir ve voltaj kazancını etkilemez. Görevi ideal op-amp performansından kalkışı sağlamaktır.

Şekil-1 Eviren Yükselteç Devresi

R2

100K

R310K

R1

10KIP

OP

GND

IC1

741


3

B. Evirmeyen Yükselteç Devresi(Non-Inverting Amplifier) : Kazancı +11 olan evirmeyen yükselteç devresinin açık şeması Şekil-2’de verilmiştir.

Buradaki voltaj kazancını 1

21

RRR + oranı belirlemektedir ve op-amp’ın açık devre

kazancından(A) bağımsızdır. 3R direnci eviren yükselteçte olduğu gibi voltaj kazancını etkilemez fakat girişe uygulanabilecek yüksek voltajlı sinyallerden op-amp’ı koruyarak, zarar görmesini engelleyecektir.

Şekil-2 Evirmeyen Yükselteç Devresi C. Devrenin Montajı : Deney yapacak her gruba 1 adet deney seti 1 adet 741 op-amp 2 adet 100nF (0.1MF) kondansatör 2 adet 10K direnç 1 adet 100K direnç verilecektir. Ayrıca her grup 1 adet dijital avometre kullanacaktır. Sırası ile Şekil-1 ve Şekil-2’deki devreler bread-board’lar üzerine kurulacaktır. Devrenin montajı bittiğinde açık şema üzerinde gösterilmeyen 100 nF’lık kondansatörler simetrik besleme kaynağının +Vcc ile -Vee uçları ile şase (GND) arasına bağlanacaktır. Bu kondansatörlerin görevi güç kaynağından gelebilecek parazitleri şaseye aktararak, devrenin performansını korumaktır. Bu kondansatörlere güç kaynağı dekuplaj kondansatörleride denmektedir. Besleme kaynağı olarak ±12V simetrik güç kaynağı kullanılacaktır. 741 entegresinin ayak bağlantıları deney yapraklarının sonunda verilecektir. D. Devrenin Test Edilmesi: 1-Devrenin test edilmesi için devre girişleri sinyal jeneratörünün çıkışlarına bağlanacaktır. Sinyal jeneratörünün çıkışı genlik kontrol düğmesinden başlangıç durumu için 0V’a ayarlanacaktır. 2-Devreye besleme kaynağını bağlayarak güç düğmesini açınız. 3-Yükselteç çıkışını dijital voltmetre DC Volt kademesinde iken OP ve GND uçları arasından ölçünüz. Devre girişlerinde 0V giriş sinyali olduğundan çıkışta da 0 V’a yakın bir değer okunması gerekmektedir. Eğer 100 mV'tan büyük bir değer okuyorsanız devrenizi kontrol ederek hatayı bulmaya çalışın.

R2

100K

R3

10KIP

OP

GND

IC1

741R110K


4

4-Sinyal jeneratörünü 400 Hz frekans ve 1 Vp-p (tepeden tepeye) genlik değerine ayarlayınız. 5-Osilaskobun I. Kanalını amplifikatör girişine, II. Kanalını da amplifikatör çıkışlarına bağlayınız. 6-Giriş voltajının 1 Vp-p değerinde sabit kaldığından emin olduktan sonra çıkış voltajını ölçünüz ve giriş voltajı ile karşılaştırınız. Giriş çıkış voltajları arasındaki yükseltme faktörü daha önceden hesapladığınız ve olmasını beklediğiniz değerde mi? Eğer değil ise sebep ne olabilir? Çıkış sinyali ile giriş sinyali arasında faz farkı varmı ? Eğer varsa bu sizin beklediğiniz bir sonuçmudur? Eğer beklemediğiniz bir sonuç ise osilaskobun INV tuşunu kontrol ediniz. 7-Şimdi sinyal jeneratörünün frekansını 10 Hz’den başlayarak kademeli olarak 10 KHz’e kadar arttırınız(Not: her kademede sinyal jeneratörü çıkışının 1 Vp-p değerinde sabit kaldığından emin olunuz.) Giriş sinyalinin frekansını değiştirmenin çıkış sinyaline olan etkisini çıkış sinyalinin genliğini ölçerek gözlemleyiniz( bu basamaktaki her ölçüm için dalga şekli çizilmeyecek sadece ölçüm sonuçları volt olarak kaydedilecektir.) Her basamakta devrenin kazancını hesaplayarak(Vo/Vi), bulduğunuz değeri teorik olarak bulduğunuz değerle karşılaştırınız. Eğer arada bir fark var ise sebeplerin ne olabileceğini yazınız. 8-Şimdi giriş sinyalinin genliğini 1 Vp-p değerinde sabit tutarken frekansı 10 KHz’in üzerine kademeli olarak çıkarınız. Bu durumda çıkış sinyalinde bozulmalar olduğunu görebilirsiniz(distorsiyon). Yine çıkış voltajının genliğinde de değişme beklenen bir sonuç olacaktır. Bu durumu düzeltmek için giriş sinyalinin genliğini düşürmek gerekebilir, fakat belli bir frekans değerinden sonra bununda etkili olmadığı görülecektir. Bu test 741 pratik op-amp entegresinin bir dezavantajını göstermektedir. İdeal op-amp için çıkış voltajının değeri giriş sinyalinin frekans değerine bağlı olmadığı halde burada kullanılan pratik op-amp için bunun geçerli olmadığını görünüz. Ayrıca popüler bir entegre olan 741’in yüksek frekans performansının oldukça zayıf olduğunu göreceksiniz. Diğer bazı tip op-amp’ların karakteristiğinin daha iyi olduğu kataloglardan bulunabilir. (Örneğin LM 356 ve LM 357). 9-Şu anda eviren op-amp için gerekli test işlemlerini tamamlamış bulunmaktasınız, şimdi aynı işlemleri evirmeyen yükselteç için tekrarlayınız. Test Sonuçlarının Değerlendirilmesi: 1-Direnç oranlarından bulduğumuz kazanç değerleri ile ölçüm yolu ile bulduğunuz kazanç değerlerini her iki devre için karşılaştırarak sonuçların ne derece sağlıklı olduğunu tartışınız. 2-Şimdi devre montajında kullandığınız dirençleri devreden çıkararak teker teker dijital ohmmetre ile değerlerini ölçerek, iki devrenin voltaj kazanç değerlerini ilgili formülleri kullanarak tekrar hesaplayınız. Sonuçlar pratikte yaptığımız ölçümler ile uyuşuyor mu ? Yoksa hata oranı arttı mı ? Eğer arttı ise sebep ne olabilir ? 3-Test işlemleri sırasında yaptığınız ve frekansı değiştirmek sureti ile ölçtüğünüz çıkış voltajlarını 20log(Vo) formülünden dB cinsine çevirerek, her değere karşılık gelen frekans değerini bir tablo halinde veriniz. Yine sonuçları x eksenine frekans, y eksenine dB olarak çıkış voltajının değerini işaretleyerek bir grafik elde ediniz(logaritmik kağıt üzerine çizilecek). Bulduğunuz maksimum değerden –3 dB aşağıya inerek grafik üzerinde yatay bir çizgi çiziniz ve grafiği kestiği noktadan frekans düzlemine düşey bir çizgi çizerek 741 op-amp’ının bant


5

genişliğini bulunuz. Bulduğunuz değer sizce iyi bir amplifikatör için yeterlimidir, değilse nedenlerini yazınız. Şekil-3 741 Op-Amp Entegresinin Ayak Bağlantısı

TC




ELM202


LABORATUAR FÖYÜ

DENEYİ YAPTIRAN:

DENEYİN ADI:

DENEY NO:


SINIFI: OKUL NO:

DENEY GRUP NO:


DEĞERLENDİRME


Deney Sonuçları

(%20)

Sözlü (%20)

Deney Performansı

(%20)

Deney Raporu (%20)

TOPLAM


2

DENEY 13 : BJT’Lİ B SINIFI ÇALIŞAN GÜÇ YÜKSELTEÇLERİ AMAÇ: Birleşim yüzeyli transistörlerle yapılan ve B sınıfı çalışan güç yükselteçlerini tanımak, çalışma prensibini öğrenmek ve çıkış gücünü bulmak. TEORİ: Yükselteçleri; kullanım amaçlarına veya işlevlerine göre küçük sinyal(gerilim) yükselteçleri ve büyük sinyal (güç) yükselteçleri olarak sınıflandırılırlar. Küçük sinyal yükselteçleri girişlerindeki AC sinyali genlik olarak yükselten devrelere verilen isimdir. Diğer taraftan büyük sinyal veya güç yükselteçlerinde ise amaç, girişlerindeki sinyalin gücünü arttırmaktır. Bu yüzden güç yükselteçleri genellikle ardışıl(kaskat) bağlı devrelerde çıkışa en yakın kat olarak görev yapar ve yüke güç transfer ederler. Bir yükselteç tasarımında ana faktörler, doğrusallık(doğrusallığın azalması bozulma yani gürültüyü arttırır), verim, çıkış gücü ve kazanç’tır. Genellikle bu faktörler arasında bir ilişki vardır. Örneğin bir yükseltecin doğrusallığının artması, verimini azaltacaktır. Küçük-sinyal (gerilim) yükselteçlerinde dikkate alınması gereken temel faktör genellikle doğrusallık ve kazançtır. Giriş dönüştürücüsünden(transdüserinden) gelen sinyalin gerilim ve akımı genellikle küçük olduğundan, güç kapasitesi ve güç verimliliği pek önemli değildir. Bir büyük-sinyal yükseltecinin, verimli çalışması ve tipik olarak birkaç Watt’tan yüzlerce Watt’a kadar gücü kaldırabilme kapasitesine sahip olması gerekir. Dengeleme, çalışmaya hazır hâle getirme anlamına gelen polarma işlemi, yükseltecin girişine AC özellikli sinyal uygulanmadan önce DC besleme kullanılarak transistörün istenilen noktada çalıştırılması amacıyla yapılır. Girişe AC özellikli sinyaller uygulanmadan önce yükselteç devresinin çektiği akımlara boşta çalışma veya sükûnet akımları adı verilir. Transistörlerin beyzine uygulanan polarma akımının değerine göre kollektörden emitere geçirdikleri akımın değeri değişmektedir. Polarma akımından dolayı ortaya çıkan çalışma şekilleri ve çıkıştan alınan sinyallerin durumu dikkate alınarak güç yükselteçleri A, B, AB, C sınıfı çalışma biçiminde gruplandırılmıştır. Bu sınıfların haricinde büyük güçlü kuvvetlendiriciler için, yapılan çalışmalar sonucu yükün yapısını ve kullanım şeklini değiştirerek D, E, F ve S sınıfı çalışan kuvvetlendiriciler geliştirilirken, bunun dışında DC kaynağın/kaynakların ihtiyaç anında anahtarlanma veya tetiklenme yöntemiyle kontrollü bir şekilde devreye alınması prensibine dayanan G ve H sınıfı kuvvetlendiriciler de geliştirilmiştir. A sınıfı yükseltecin genel çalışma prensibi, transistörün giriş sinyalinin tamamında yani 360°'lik kısmında iletimde olması yani giriş sinyalinin tamamının çıkışta yükseltilmesi prensibine dayanır. Transistörün, giriş sinyalinin tamamında iletimde kalabilmesi için(doyuma ve kesime gitmeden) transistörün çalışma noktasının (Q), yük doğrusunun tam ortasında seçilmesine özen gösterilir. A sınıfı yükselteç çalışmasında, kuvvetlendiricinin girişine herhangi bir AC işaret uygulanmasa bile kutuplamadan dolayı kuvvetlendiricinin sürekli DC güç tüketiyor olmasına ve buna bağlı olarak veriminin düşük olacağına dikkat edilmelidir. Düşük verimine rağmen A sınıfı yükselteç, diğer sınıflara göre daha yüksek doğrusallığa(gürültü oranı düşük) ve daha az verimliliğe sahiptir. Bu yüzden A sınıfı çalışan yükselteçler verimin çok önemli olmadığı fakat gürültü(bozulma) istenmeyen yerlerde tercih edilirler. Diğer taraftan güç yükselteçlerinde verimin büyük olmasının istendiği yerlerde vardır, örneğin çıkış katlarının maksimum derecede gücü yüke aktarması ve kendi üzerinde harcamaması tercih edilir. Zira büyük güç çeken yüklerin ihtiyaç duyduğu bu gücü verecek yükselteç eğer kendi üzerinde büyük bir güç harcar ise bu durumda aşırı derecede ısınır ve hasar görür. İşte bu duruma çözüm olarak transistörün çalışma noktasının kesimde seçilmesi öngörülmüş ve böylece girişlerinde bir AC sinyal yok iken transistörün(kesimde olduğundan) güç harcaması önlenmiştir. Böylece verimde artmıştır. Bu durumda yani transistörün boşta çalışma noktasının kesimde seçilmesi durumunda çalışmaya ise B sınıfı çalışma denmektedir. Bu durumda transistörün girişinde herhangi bir AC sinyal yok ise yani transistör boşta çalışıyorsa, çalışma noktası kesimde olduğundan dolayı transistör akımları sıfır olacaktır yani transistör güç harcamayacaktır. Bunun sonucu olarak B sınıfı çalışmada verimin A sınıfına göre daha büyük olmasını bekleyebiliriz. Diğer taraftan verimin yüksek olması yanında B


3

sınıfı çalışmada istenmeyen bir durum söz konusudur. Bu durum giriş sinyalinin(AC) çıkışta bozulması veya gürültü dediğimiz durumdur. Şimdi bu durumu aşağıdaki şekil üzerinde inceleyelim.

Şekildeki VB gerilim değerini yaklaşık olarak şu şekilde bulabiliriz;

VKKK

VRRR

VV CC

B 7,01117

6,122

21

=ΩΩ+Ω

=+

=

Aynı şekilde RE direnci uçlarında düşen VE gerilimini ise;

VVVVVV BEBE 07,07,0 =−=−=

olarak buluruz. Buradan IE akımını;

mAKV

RVI

E

EE 0

1 0

=Ω

==

olarak buluruz. Görüldüğü gibi boşta yani girişinde bir AC sinyal olmadığında bu transistör kesimdedir yani akımları sıfırdır(IB= 0 mA, IC= 0 mA). Bu durumda boşta çalışmada transistör güç harcaması;

WmAVxIVP CCED 006,12 ===

eşitliği gereği sıfır olmaktadır, yani transistör güç harcamamaktadır(verim yüksek).

Şimdide aynı devre girişlerine aşağıda görülen AC sinüs sinyalini uyguladığımızı düşünelim;


4

Bu durumda giriş sinyalinin pozitif alternansında transistör beyz akımı akmaya başlar(NPN transistörün beyzi pozitif oluyor). Beyz akımına karşılık kollektör ve emiter akımları da akmaya başlar ve bu durumda çıkış voltajı;

EEEO RIVV ==

Eşitliği gereği pozitif bir değer alır ve yükseltme gerçekleşmiş olur. Diğer taraftan girişin negatif alternansında transistör beyzi negatif olacağından beyz akımı akmaz(sıfır olur), buna bağlı olarak ta kollektör ve emiter akımları da sıfırda kalır ve çıkış gerilimi de sıfır olur, yani çıkış olmaz. Bu süre boyunca transistör kesimde kalmıştır yani çalışmamaktadır(güç harcaması sıfır). Sonuç olarak bu devre AC girişlerin sadece pozitif alternanslarını yükseltmekte, negatif alternanslarını ise kırpmaktadır, çıkış voltajının şekli şu şekilde gözükmektedir.

Transistör çıkış karakteristik eğrisi üzerinde ise çıkış gerilimi şu şekilde gözükmektedir.

Buradan görüldüğü gibi bu çalışmada A sınıfı çalışmaya göre çıkış sinyalinin maksimum(tepe) değeri daha büyük olmaktadır. Çıkış sinyalinin tepe değeri B sınıfı çalışmada teorik olarak besleme kaynağına(VCC) eşittir. O zaman B sınıfı çalışan yükselteçlerde çıkış işaret gücü A sınıfına göre çok daha yüksektir diyebiliriz. Diğer taraftan yukarıdaki şekilden de görüldüğü gibi B sınıfı çalışmada, giriş sinyali yükseltecin çıkışından şekil olarak bozulmuş olarak elde edilmiş oldu(yarım dalga çıkış verdi). Birçok uygulama için(örneğin ses yükselteçleri) bu durum kabul edilemez bir durumdur ve bu bir gürültü kaynağıdır. O halde bu soruna bir çözüm bulmak gerekmektedir. Bu durumda önerilen yöntem şu şekildedir. Madem NPN transistör ile yapılan bu yükselteç sadece girişin pozitif alternansını yükseltmekte, o halde aynı devreden birde PNP transistörü ile yaparız ve bu devrede girişin negatif alternanslarını yükseltir. Biz giriş sinyalini bu iki devreye yani NPN ve PNP transistörlerle yapılan iki devreye aynı anda uygular ve çıkışlarını da toplarsak, o zaman giriş sinyalinin tüm alternansları yükseltilmiş olur ve bozulmayı da ortadan kaldırmış oluruz. Bu anlattığımız devrenin prensip şeması aşağıda görülmektedir.


5

Bu bağlantı şekli özel bir bağlantı şeklidir ve devrenin bir kısmı bir alternans süresince sinyali yukarıya ittiği, diğer kısmı ise diğer alternans boyunca sinyali aşağıya çektiği için bu tip devrelere push-pull(it-çek) bağlantılı yükselteç devreleri de denmektedir. Aşağıdaki şekilde bu anlatılanların uygulandığı B sınıfı çalışan transistörlü bir Push-Pull yükselteç devresi görülmektedir. Devrede NPN ve PNP transistörler kullanıldığından bu tip devrelere aynı zamanda “Tümler-Simetrik Yükselteçler” de denir.

Bu devrede çıkış işaretindeki bozulmaları(geçiş bozulmaları) önlemek amacıyla D1 ve D2 diyotları kullanılmıştır(Bu diyotlar üzerinde düşen 0,7V eşik gerilimleri aynı zamanda transistörlerin beyz-emiter arasına da uygulanarak onların çalışabilmeleri için ihtiyaç duydukları eşik gerilim değerlerini sağlamakta ve böylece transistörler giriş sinyalinin sıfırdan farklı her değeri için çalışarak çıkış vermekte ve çıkışta oluşabilecek bozulmaları önlemektedirler). B sınıfı push-pull bir yükselteçte iki transistör (Q1 ve Q2 olmak üzere) bulunur. Giriş sinyalinin pozitif alternansında Q1(NPN) transistörü iletimde iken Q2(PNP) transistörü yalıtımdadır. Negatif alternansında ise Q2(PNP) iletimde, Q1(NPN) yalıtımdadır.

Bu devrede kullanılan transistörlerin biri NPN diğeri PNP olmasına rağmen, karakteristik özellikleri aynı olmak zorundadır yani eşlenik transistör olmak zorundadır. Buna göre her iki transistörün kollektör-emiter arası iç dirençleri eşit olduğuna göre, her bir transistörün kollektör emiter arası boşta çalışma gerilimleri, besleme kaynağının yarısına eşit olmak zorundadır. Yani;

2(max)CC

CECEQV

VV ==


6

bununda ortalama değeri;

CEQCEortCE VVV 318,0318,0 (max))( ==

olur. Her bir transistörden geçebilecek maksimum(tepe) kollektör akım değeri ise;

L

CEQC R

VI =(max)

bununda ortalama değeri;

(max))( 318,0 CortC II =

olarak bulunur. Buna göre her bir transistörün ısı olarak üzerlerinde harcadıkları güç miktarı(PD);

(max)(max)2

(max)(max))()( )318,0(318,0318,0 CCECCEortCortCED IVIVIVP ===

veya;

L

CC

L

CEQ

L

CEQCEQCCED R

VRV

RV

VIVP22

(max)(max))2318,0()318,0(318,0

318,0318,0318,0 ====

olarak bulunur. Yük üzerinden alınabilecek maksimum AC çıkış gücü ise;

L

CC

L

CC

L

CEQ

L

rmsOL R

VRV

RV

RV

P8

)2707,0()707,0( 2222)(

(max) ≅===

olarak bulunur. Benzer şekilde DC kaynaktan çekilen toplam güç ise;

(max))( 318,0 CCCortCCCDC IVIVP ==

olarak bulunur. Buradan verim;

100% (max) xP

P

DC

L=η

olarak bulunur.

İŞLEM BASAMAKLARI


1- EL-1000 Temel Elektronik Eğitim Setini masa üzerine çıkartınız. 2- EL-1002 modülünü ana üniteye yerleştirin ve E bloğunu bulun. Blok üzerinde aşağıdaki devre

olmalıdır.


7

Vİ VO

+12 V

R1

R2

C2

Hp

10 KΩ

S2

820 nF

C1

C3

C4

C5

1000 μF

1000 μF

1000 μF

820 nFR3

10 KΩ

220 Ω

D1

D2

1N4001

1N4001

Q1

Q2

BD139

BD140

S1

S3S4

S5-12 V

CH1 CH2 GND

Osilaskop

3- S1 ve S5 anahtarlarını kapatarak devreye enerji veriniz. 4- Devrenin girişine(Vİ), 3 Vp-p genliginde ve 1 KHz frekansında bir sinüs sinyali uygulayınız. 5- S4 anahtarını açıp, S2 anahtarını kapatarak Q1 NPN transistörünü devreye alınız. Osilaskopla çıkış dalga

şeklini(VO) ölçerek aşağıdaki koordinat sistemine çiziniz(gerilim değerlerini şekil üzerine yazınız).

t (s)

Vo(t)

0

6- 5. adımda elde ettiğiniz dalga şeklini yorumlayınız, beklediğiniz dalga şeklimidir açıklayınız(nedenlerini tartışınız).

7- Şimdi de S2 anahtarını açıp, S4 anahtarını kapatarak Q2 PNP transistörünü devreye alınız. Osilaskopla çıkış dalga şeklini ölçerek aşağıdaki koordinat sistemine çiziniz(gerilim değerlerini şekil üzerine yazınız).


8

t (s)

Vo(t)

0


9- Bu adımda S2 ve S4 anahtarlarının ikisini de kapatarak her iki Q1 ve Q2 transistörünü devreye alınız. Osilaskopla çıkış dalga şeklini ölçerek aşağıdaki koordinat sistemine çiziniz(gerilim değerlerini şekil üzerine yazınız).

t (s)

Vo(t)

0


11- S2 ve S4 anahtarları kapalı iken hem giriş sinyalini ve hemde çıkış sinyalini osilaskop ile ölçünüz ve aşağıya çiziniz. İki sinyal arasında bir fark görüyormusunuz(genlik, frekans veya faz açısından)? Eğer fark görmüyorsanız nedenlerini ve normalde ne olması gerektiğini tartışınız.

t (s)

Vİ(t)

0


9

t (s)

Vo(t)

0

12- Şimdi S2 ve S4 kapalı iken giriş sinyalinin genliğini yavaş yavaş arttırınız ve çıkış sinyalinin genliğini osilaskop ile gözlemleyiniz. Çıkış sinyalinin şekil olarak bozulmaya(distorsiyon-gürültü) başladığı noktada giriş geriliminin genliğini sabit bırakınız..

13- Bu durumda çıkış dalga şeklinin genliğini ölçünüz(VOp-p(max) ) ve bu değerle, yük direnci(R2) değerini kullanarak bu yükseltecin verebileceği en büyük gücü(PL(max)) hesaplayınız ve aşağıya kaydediniz.

VOp-p(max) = …………………. Volt

PL(max) = ……………….……. mW (Denysel)

14- 2. adımda verilen devrede kullanılan eleman değerlerini(gerilim, direnç) kullanarak 13. adımda

deneysel yolla bulduğunuz PL(max) değerini teorik olarak yeniden hesaplayınız ve aşağıya kaydediniz.

PL(max) = ……………….……. mW (Teorik)

15- Deneysel yolla ve teorik hesaplama ile bulduğunuz bu iki PL(max) değerini kıyaslayınız, arada bir fark varmıdır? Varsa nedenlerini tartışınız.

16- Şimdi giriş sinyalinin genliğini 1 Vp-p değerine indirin. Daha sonra S3 anahtarını kapatarak hoparlörden çıkış sinyalinin oluşturduğu sesi dinleyin.

17- S3 anahtarı kapalı iken giriş sinyalinin genliğini 1 Vp-p değerinden yukarıya doğru yavaş yavaş arttırarak hoparlörden çıkış sinyalini dinleyiniz ve ne fark ettiğinizi not ediniz. Giriş sinyalinin seviyesini arttırmaya devam ederek hoparlördeki sesin bozulmasını(gürültü) tesbit ediniz. Sizce bu bozulma neden oldu tartışınız.


1- Bu deney sonucu gördüğünüz deneysel ve teorik çalışma farklarını açıklayınız. 2- B sınıfı Push-pull çalışan yükselteçde çıkış gücü nasıl arttırılmaktadır? Açıklayınız. 3- B sınıf çalışmanın avantaj ve dezavantajlarını özetleyiniz. 4- Deneyde sonucu gördüğünüz distorsiyonları açıklayınız? Bunlar neden olmaktadır ve çözüm önerileriniz

nedir?

SORULAR 1- Push-pull çalışan B sınıf yükselteç devresinde bulunan D1 ve D2 diyotların görevlerini açıklayınız. 2- Yaptığınız deneyde kullanılan devre simetrik kaynak ile beslenmektedir. Acaba aynı devre aynı çıkışlar için

tek bir kaynaktan beslenebilir mi? Bunun için devrede ne gibi değişiklikler yapılmalıdır? 3- Devrede kullanılan C2 ve C4 kondansatörlerinin görevi nedir? 4- Tek bir transistörün B sınıfı çalıştırılması ile elde edilen güç yükselteci acaba pratikte kullanılabilir mi? Eğer

kullanılabilir diyorsanız örnek veriniz.

TC




ELM202


LABORATUAR FÖYÜ

DENEYİ YAPTIRAN:

DENEYİN ADI:

DENEY NO:


SINIFI: OKUL NO:

DENEY GRUP NO:


DEĞERLENDİRME


Deney Sonuçları

(%20)

Sözlü (%20)

Deney Performansı

(%20)

Deney Raporu (%20)

TOPLAM


2

DENEY 17 : MOSFET TRANSİSTÖR POLARMASI AMAÇ: MOSFET transistörlerin farklı polarma devreleri için statik çalışma noktasındaki(Q) akım ve gerilim değerlerinin incelenmesi ve karşılaştırılması. TEORİ: Bilindiği gibi MOSFET transistörler kendi içerisinde azaltan(depletion) ve çoğaltan(enhancement) tip olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır. Bundan önceki deneyden hatırlanacağı üzere karakteristik özellikler bakımından azaltan tip MOSFET transistörler JFET transistörlerle benzer özellikler gösteriyordu. Arasındaki en önemli fark P veya N kanal olmasına bağlı olarak JFET transistörlerin Gate polarmasının sadece negatif veya pozitif bir gerilim olmasına karşılık, azaltan tip bir MOSFET’in Gate polarmasının hem pozitif hemde negatif bir gerilim olabilmesidir. Bundan dolayı azaltan tip bir MOSFET’in DC polarması yapılırken VGS gerilimi pozitif veya negatif bir gerilim alınabilir. Daha önce JFET transistörlerin DC polarma devreleri incelendiğinden ve bu devrelerin yukarıda değinilen fark dışında azaltan tip MOSFET’ler içinde geçerli olmasından dolayı, burada sadece çoğaltan tip MOSFET transistörlerin DC polarma devreleri incelenecektir. Bilindiği gibi çoğaltan tip MOSFET’lerde VGS < VT durumu için transistörde akım taşıyan kanal oluşmayacağı için, ID akımının değeri 0 mA olacaktır. VGS > VT durumunda ise giriş gerilimi(VGS) ile çıkış akımı(ID) arasındaki ilişki,

2)( TGSD VVkI −= (1) eşitliği ile belirlenir. Buradaki k katsayısının değeri,

2)(

)(

)( TonGS

onD

VVI

k−

= (2)

ile belirlenir. Bu iki temel eşitlik ve karakteristik bilgilerinden yararlanılarak, çoğaltan tip MOSFET transistörler için gerekli olan DC polarma devreleri incelenebilir.

POLARMA DEVRELERİ

1- Geri Beslemeli Polarma Devresi:

Çoğaltan tip MOSFET’lerin DC olarak polarmalandırılmasında kullanılan en popüler devrelerden biride Şekil-1’de görülen geri beslemeli polarma devresidir. Geri besleme amacı ile kullanılan RG direnci , transistörün iletime geçebilmesi için gerekli olan Gate voltajını sağlar. Bilindiği gibi transistörün giriş empedansı çok yüksek olduğundan, giriş akımı ID’nin değeri 0 mA değerindedir. Bundan dolayı geri besleme direnci uçlarında düşen voltaj,

VRG=IDRG=0 Volt (3) olacaktır. Bundan dolayı,

VD=VG (4) ve

VDS=VGS (5) olacaktır. Çıkış katından,

VDS = VGS = VDD-IDRD (6) olacaktır. Çoğaltan tip MOSFET transistörün giriş karakteristik eğrisi üzerinde bir yük eğrisi çizebilmek için, önce ID=0 mA kabul edilerek, (6) numaralı eşitlik yeniden yazılırsa,

mAIDDGS DVV 0| == (7)

değeri bulunur. Yine VGS=0 Volt alınırsa (6) numaralı eşitlikten


3

RD

+VDD

Vi

V0

D

S

G Q1

RG

VD

VG

Ci

C0

VGSVGSQ

IDQ

VT0

Yük Eğrisi

VDD

VDD

RD

Q

ID

VVD

DDD

GSR

VI

0=

= (8)

değeri bulunur. Bu iki nokta karakteristik eğri üzerinde işaretlenip, doğrusal bir çizgi ile birleştirilirse, bu polarma devresi için gerekli olan DC yük eğrisi çizilmiş olur. Bu yük eğrisi ile karakteristik eğrinin kesiştiği noktadan yatay ve düşey eksenlere inildiğinde IDQ ve VGSQ değerleri bulunur.

Şekil-1 Geri Beslemeli Polarma Devresi

Şekil-2 Geri Beslemeli Polarma Devresinde Q Noktasının Belirlenmesii

2- Gerilim Bölücü Polarma Devresi:

JFET transistörlerde olduğu gibi MOSFET transistörlerde de gerilim bölücü polarma devresi kullanılmaktadır(Şekil-3). Burada R1 ve R2 dirençleri Gate voltaj(VG) değerini belirlemek için kullanılmaktadır. Yine RS direnci transistörün aktif bölgede çalışabilmesi için gerekli olan VGS polarma gerilimini sağlamak ve kararlılığı arttırmak için kullanılmaktadır. Gerilim bölücü dirençler kullanılarak,

221

RRR

VV DD

G += (9)

olarak bulunabilir. Yine polarma devresinin giriş kısmında bir çevre denklemi oluşturulursa,

VG -VGS -VRS = 0 (10)

olarak bulunur. Buradan,

VGS = VG – IDRS (11) yazılabilir. Çıkış katından,

VRS + VDS + VRD = VDD (12) Eşitliği bulunur. Eşitlik yeniden düzenlenip VRS ve VRD voltaj değerleri yerine yazılırsa,

VDS = VDD – ID(RS + RD) (13)


4

+VDD

RD

RS

R1

R2

vi

vo

vG

CS

Ci CO

eşitliği bulunur. Gerilim bölücülü polarma devresinin DC çalışma noktasının belirlenebilmesi için (11) nolu eşitlikte ID = 0 mA yazılırsa,

VGS = VG (14) bulunur. Yine (11) nolu eşitlikte VGS = 0 Volt yazılırsa,

S

GD R

VI = (15)

eşitliği bulunur. Bu iki nokta MOSFET’in giriş karakteri üzerinde işaretlenir ve düz bir çizgi ile birleştirilirse yük eğrisi elde edilmiş olur. Yük eğrisi ile karakteristik eğrinin kesiştiği noktadan yatay ve düşey olarak koordinat düzlemine inilirse bu polarma devresi için IDQ ve VGSQ değerleri bulunmuş olur.

Şekil-3 Gerilim Bölücülü Polarma Devresi

İŞLEM BASAMAKLARI 1- Şekil-1’de görülen polarma devresinde, aşağıdaki istenilen değerleri elde edebilmek için gerekli olan RG , RD ve VGSQ değerlerini hesaplayınız. Not: Devrede kullanılacak olan MOSFET çoğaltan tip BUZ 72A olacaktır. VDD=12 V, IDQ=4 mA, VT ve k değerleri bir önceki deneyde bulduğunuz değerler alınacaktır. RD =............................................. RG =............................................. VGSQ =............................................. Bulduğunuz direnç değerlerine en yakın standart direnç değerlerini kullanarak devreyi deney seti üzerine kurunuz. Kurduğunuz devre üzerinde dijital ölçü aleti kullanarak gerçek IDQ ve VGSQ değerlerini ölçerek aşağıya kaydediniz. Not: Bu deney föyü sadece DC analizi içerdiğinden, bundan sonraki işlem basamaklarında C kondansatörleri kullanılmayacaktır. IDQ=............................................. VGSQ=.......................................... 2- Şimdi MOSFET transistörünüzü aynı tip bir başka transistörle değiştirerek yukarıda yaptığınız ölçümleri tekrarlayınız, bu işlemi üç ayrı MOSFET transistör için tekrarlayarak sonuçları Tablo-1 e kaydediniz.

3- 1.basamakta, Şekil-1 için istenilen Q çalışma noktasını Şekil-3’de verilen devrede elde edebilmek için gerekli olan R1 , R2 , RD ve RS dirençlerinin değerlerini hesaplayınız(Not: Hesaplamalarda yukarıda verilen bilgiler kullanılacaktır). Bulduğunuz değerleri aşağıya kaydediniz. R1 =................................ R2 =..................................... RD =................................ RS =..................................... Yukarıda hesapladığınız dirençleri standarda en yakın değerde(yaklaşık olarak) kullanarak Şekil-2’deki devreyi deney seti üzerine kurunuz. Bundan sonra 1. basamakta yapılan işlemleri Şekil-2’de verilen devre için tekrarlayarak , sonuçları aşağıdaki boşluklara ve Tablo-2 ’deki uygun yerlere yazınız.


5

BUZ72A

G D S

IDQ=............................................. VGSQ=..........................................

Örnek MOSFET 1 2 3 VGSQ (V)

IDQ (mA)

Tablo-1 Geri Beslemeli Polarma Sonuçları

Örnek MOSFET 1 2 3 VGSQ (V)

IDQ (mA)

Tablo-2 Gerilim Bölücülü Polarma Sonuçları


1- Şimdi Şekil-1’de verilen devre için giriş karakteristik eğrisini ve yük eğrisini çizerek, devrenin çalışma

noktasını ve değerlerini bulunuz. Bulduğunuz bu değerler ile ölçüm yolu ile elde ettiğiniz sonuçları karşılaştırınız. Aralarında fark varmıdır? Varsa sebepleri tartışınız.

2- 1. basamağı Şekil-3’te verilen polarma devresi için tekrarlayınız 3- Yukarıda yaptığınız deneyde elde ettiğiniz sonuçlara dayanarak Şekil-1 ve Şekil-3’de verilen devrelerde,

aynı tipte farklı MOSFET’ler kullanılması durumunda çalışma noktası değişiyor mu? Değişiyorsa sebebini açıklayınız. Deney yolu ile elde ettiğiniz bu sonuçlar, teoride gördüğünüz sonuçlarla uyuşuyor mu ? Açıklayınız.

4- Yukarıda verilen polarma devrelerini kendi aralarında karşılaştırarak, avantaj ve dezavantajlarını belirtiniz. 5- JFET’ler için kullanılan polarma devreleri ile MOSFET’ler için kullanılan polarma devrelerini karşılaştırınız

ve polarma devresi dizaynında göz önüne alınan hususları belirtiniz. 6- Kısaca JFET’ler ile MOSFET transistörleri karşılaştırıp, avantaj ve dezavantajlarını belirtiniz.

SORULAR 1- Şekil-1 ’de verilen polarma devresinde kullanılan RG direncinin görevini açıklayınız. 2- Şekil-3’deki polarma devresinde kullanılan R1 , R2 ve RS dirençlerinin görevini açıklayınız. 3- Yukarıdaki polarma devrelerinde kullanılan RD direncinin görevini açıklayınız.

TC




ELM201

ELEKTRONİK-I DERSİ

LABORATUAR FÖYÜ

DENEYİ YAPTIRAN:

DENEYİN ADI:

DENEY NO:


SINIFI: OKUL NO:

DENEY GRUP NO:


DEĞERLENDİRME


Deney Sonuçları

(%20)

Sözlü (%20)

Deney Performansı

(%20)

Deney Raporu (%20)

TOPLAM


2

DENEY 8 : TRANSİSTÖRÜN YÜKSELTEÇ OLARAK KULLANILMASI AMAÇ: Birleşim yüzeyli transistörün yükselteç olarak kullanılmasının incelenmesi. TEORİ: Bilindiği gibi birleşim yüzeyli transistörün normal çalışmasını(yükseltme işlemi) yürütebilmesi için DC polarma devrelerine ihtiyaç vardı. Bu konu ile ilgili teori ve deneyleri bir önceki haftada görmüş ve uygulamıştık. Burada artık transistörün DC olarak polarmalandırıldığı farz edilerek, onun AC sinyal yükseltmede nasıl kullanıldığı, karakteristik özellikleri, kazanç hesapları ve dışarıdan bağlanan elemanların bu kazançlara olan etkisi incelenecektir. Transistörün en fazla kullanıldığı alanların başında, onun yükselteç olarak kullanılması gelmektedir. Yükseltmeden amaç, girişe verilen AC bir sinyalin, genlik, akım veya güç yönünden çıkıştan arttırılarak(yükseltilerek) alınmasıdır. Bu işlemler yapılırken giriş sinyalinin genel dalga şekli ve frekansı, çıkışta sabit kalmalıdır. İdealde girişin tüm frekans aralığı için, çıkıştan alınan sinyalin yükseltme oranının sabit kalması istenir. Pratikte bu mümkün olmadığı için, dizayn edilen devrenin çalışma şartlarının çok iyi belirlenmesi gereklidir. Buna görede, devre uygun amaca yönelik olarak, uygun şartlarda çalıştırılmalıdır. Genelde transistörlü yükselteç devreleri Küçük ve Büyük sinyal yükselteçleri olarak iki kısma ayrılırlar. Bu iki tip yükselteçleri ayıran kesin çizgiler olmamasına rağmen, kullanılan sinyaller ve bunların özellikleri, yükseltecin hangi tipte olduğu konusunda bize yardımcı olur. Örneğin transistörün çalışma noktası, karakteristik eğrisi üzerinde bulunan yük eğrisinin orta noktasında seçilmiş ise, bu yükselteç küçük sinyal yükselteci olarak adlandırılabilir. Biz burada öncelikli olarak transistörlü yükselteçlerin küçük sinyal analizi konusu üzerinde duracağız. Bu konuda, daha önce dizayn edilen ve analizi yapılan DC polarma devrelerinden yararlanacağız. Bilindiği gibi transistörler çok farklı yapıda polarma devrelerine sahip olabilirler, buların bir çoğu transistörün yükselteç olarak kullanılmasında etkindirler. Biz burada her bir polarma devresi için ayrı analiz yerine, bunlardan en çok kullanılan Gerilim Bölücü Dirençler Kullanılarak yapılan DC polarma devresi üzerinde küçük sinyal uygulamasını inceleyeceğiz. Küçük sinyal analizinde temel olarak iki ana analiz yöntemi vardır. Bunlardan birincisi transistörün re modelinin, diğeride hibrit(melez) modelinin kullanıldığı analiz yöntemidir. Her iki analiz metodunda benzerlikler olduğu gibi, birbirleri cinsinden de ifade edilebilmektedir. Burada dünyada her geçen gün daha fazla kullanım alanı bulan re modeli temel alınacak ve analiz işlemleri bunun üzerine inşa edilecektir. Gerilim Bölücülü Polarma Devresi Kullanılarak Yapılan Yükseltecin Küçük Sinyal Analizi. Şekil-1’de görülen yükselteç devresinin, AC eşdeğer devresi Şekil-2’de gösterilmiştir.

Şekil-1: Transistörlü yükselteç devresi

Şekil-2 : Transistörlü Yükseltecin Küçük Sinyal re Modeli

r0

Ci

C0

R1

R2

RC

RE CB

+Vcc

βVİ

VoQ1

R1 R2βre βIb roZi Zo

Ib

Vi Vo

b c

e

+

-

RC

+

-

Transistör re modeli


3

Şekil-2’den görüldüğü gibi, devrenin giriş empedansı,

ei rRRZ β//// 21= , çıkış empedansı,

oCo rRZ //= , voltaj kazancı ,

e

oC

i

oV r

rRVV

A//

−== ,

ve akım kazancı ,

])//)[(()//(

21

21

eCo

o

i

oi rRRRr

rRRii

Aβ

β++

==

olarak bulunabilir. Eğer Şekil-1’de görülen devrede kullanılan CB kondansatörü kullanılmasa idi, bu kez devrenin küçük sinyal modeli Şekil-3’te görüldüğü gibi olacaktı.

R1 R2βre βIb ro

Zi Zo

Ib

ViVo

b c

e

+

-

RC

+

-


Zb RE

Şekil-3 : CB Kondansatörü Kullanılmadığı Durumda Yükseltecin Küçük Sinyal Modeli

Bu durumda devrenin giriş, çıkış empedansları ile Akım ve Voltaj kazançları,

EoEC

oCeb R

rRRrR

rZ ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡++++

+=/)(1

/)1(ββ

olmak üzere,

bi ZRRZ //// 21= ,

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+

++=

)(1)(

//Ee

eooCo Rr

rrrRZ

ββ

,

o

C

o

C

o

e

b

C

i

oV

rR

rR

rr

ZR

VV

A+

+⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+

−==1

1β

,


4

C

iV

i

oi R

ZA

ii

A −==

olarak bulunabilir. Eğer, eo rr >> , )(10 ECo RRr +≥ ve ββ ≅+ )1( şartları sağlanıyorsa, yukarıdaki denklemleri aşağıdaki şekilde yeniden yazabiliriz.

)( Eeb RrZ +≅ β olmak üzere,

bi ZRRZ //// 21= ,

Co RZ ≅ ,

Ee

C

b

C

i

oV Rr

RZR

VV

A+

−≅−≅=β

,

bC

iV

i

oi ZRR

RRRZ

Aii

A+

≅−==)//(

)//(

21

21β

olarak yazılabilir.

Yük ve Kaynak Giriş Dirençlerinin Sistem Kazancına Etkisi Pratikte yükselteçler kullanılırken, mutlaka giriş sinyalini sağlayan bir kaynağa ve çıkış voltajının kullanılacağı bir yüke ihtiyaç vardır. Örneğin giriş sinyal kaynağı olarak, bir mikrofonun çıkışı veya herhangi bir sensör çıkışı, çıkış yükü olarak ta bir hoparlör veya başka bir devrenin giriş empedansı kullanılıyor olabilir. Giriş sinyal kaynağının bir iç direnci vardır ve bu direnç devrenin kazancına etki eder. Yine yük olarak bağlanan elemanın veya devrenin giriş empedansıda yukarıda bulduğumuz yüksüz kazançlara negatif yönde etki edecektir. Giriş kaynağı ve yük direnci bağlanmış yükselteç devresi Şekil-4’te görülmektedir. Burada Vs giriş sinyal kaynağı voltajı, Rs iç direnci(giriş sinyal kaynağının çıkış empedansı), RL ise yük devresinin giriş empedansıdır.

r0

Ci

C0

R1

R2

RC

RE CB

+Vcc

β

Vİ

+ VoQ1

Vs

Rs

RL

++

-

Zi Zo Şekil-4 : Giriş sinyal kaynağı ve yük direnci bağlanmış yükselteç devresi

Şekil-4’te görülen yükselteç devresi için voltaj ve akım kazançlarını tekrar yazarsak,

oL

VL

i

oV ZR

ARVV

A NL

+==

NLVoL

L

si

i

s

oVs A

ZRR

RZZ

VV

A++

==

L

isVs

L

iv

s

o

i

oisi R

ZRA

RZ

Aii

ii

AA+

−=−====


5

olarak bulunur. Burada, NLVA , Zi ve Zo sırası ile Şekil-2 ve Şekil-3 için bulunan yüksüz voltaj kazancı, giriş

empedansı ve çıkış empedansıdır. AV , Şekil-4’te görülen devrenin yüklü girişten çıkışa voltaj kazancı, AVs aynı devre için yüklü sinyal kaynağından çıkışa olan voltaj kazancı ve Ai=Ais ise girişe bağlanan kaynaktan yüke olan akım kazancını verir. Bütün bu değerler devrenin kazancının frekans değişiminden etkilenmediği orta frekans bandı için geçerlidir.

İŞLEM BASAMAKLARI

Not: İşlem basamaklarında yapacağınız voltaj ölçümlerini osilaskop ile yapınız. Osilaskopta voltaj ölçümü yaparken bütün voltaj değerlerini tepeden-tepeye(peak to peak) voltaj değerleri olarak alınız.

1- Şekil-5’te görülen yükselteç devresini kullanarak aşağıdaki değerleri hesaplayınız.

r0 =40 K

Ci

C0

R1

R2

RC

RECB

+Vcc=+12 V

β=200

Vİ

+ Vo

BC108BVs

++

-

Zi

Zo

6.8 μF

10 μF

6.8 μF270K 4K7

1K82K


Zi= ……………. Zo= ………………

NLVA = ………………… Ai = …………………. 2- Şimdi 1. basamakta hesapladığınız değerleri deney yolu ile bulmaya çalışalım. Bunun için devreyi

deney seti üzerine kurarak, girişine sinyal jeneratörünü bağlayınız. Başlangıçta sinyal jeneratörünün dalga şeklini sinüs seçerek, giriş genliğini sıfır yapınız.

3- Sinyal jeneratörü çıkışı ile yükselteç devresi girişine Şekil-6’da görüldüğü gibi seri bir potansiyometre bağlayınız.

Vs

+V1

V2

250 Ω

Yükselteçdev resi

Şekil-6 : Giriş Empedansının Ölçülmesi

4- Bundan sonra devreye güç uygulayarak, sinyal jeneratörünün çıkışını(V1) 1 KHz , 100 mV seviyesine ayarlayınız. Potansiyometreyi ayarlayarak Şekil-6’da görülen V2 gerilimini V2=V1/2 seviyesine gelinceye kadar ayarlayınız. Bu noktada devreye uyguladığınız gücü kesip, potansiyometreyi devreden çıkartarak dijital ohmmetre ile değerini ölçünüz. Ölçtüğünüz bu değer devrenin giriş empedansına eşit olmalıdır. Değeri aşağıya kaydediniz

Zi = …………………….. (ölçülen)

5- Yükselteç devresinin çıkış empedansını ölçmek için Şekil-7’de görülen devreyi kurunuz. Burada yükselteç 1. basamakta kullandığınız devre olacaktır.


6

VsVo

S

Yükselteçdev resi

RL= 5K

6.8 μF

Şekil-7 : Çıkış Empedansının ölçülmesi

6- Girişe bağladığınız sinyal jeneratörünün çıkışını yaklaşık 1 KHz, 100 mV sinüs dalga değerine

getiriniz. Devreye güç uygulayarak S anahtarını açınız. S açık iken Vo gerilimini ölçerek(osilaskop ile) aşağıya yüksüz Vo olarak kaydediniz. Bundan sonra S anahtarını kapatarak potansiyometreyi ayarlayınız ve Vo’ın yüklü değerinin, yüksüz değerinin yarısına düşmesini sağlayınız. Bu durumdaki yüklü Vo değerini aşağıya kaydediniz. Devreye uyguladığınız gücü keserek, potansiyometreyi devreden çıkartınız ve dijital ohmmetre ile değerini ölçünüz. Bulduğunuz değer yükselteç devresinin çıkış empedansına eşit olmalıdır. Değeri aşağıya kaydediniz.

Vo(Yüksüz) = ………………. Vo(Yüklü) = …………………. Zo (Ölçülen)= ………………………..

7- 1. basamakta kurduğunuz devreye geri dönerek, devrenin girişine bağladığınız sinyal jeneratörünün dalga şeklini sinüs konumuna getirerek, frekansını yaklaşık 1 KHz, genliğini yaklaşık 100 mV seviyesine getiriniz. Osilaskobun bir kanalını girişe, diğer kanalını da çıkışa bağlayarak her iki dalga şeklinide beraberce gözlemleyiniz. Eğer bu durumda çıkış dalga şeklinde bozulmalar(distorsiyon) oluyorsa, giriş voltajını azaltarak, çıkıştan distorsiyonsuz bir dalga şekli elde ediniz. Bu durumda giriş ve çıkış voltajlarını osilaskoptan ölçerek aşağıya kaydediniz.

Vi = ………………………… Vo = …………………………

8- Devrenin yüksüz voltaj kazancını 7. basamakta bulduğunuz değerler ile hesaplayarak aşağıya

kaydediniz.

NLVA (ölçülen)= ………………………

9- Yine akım kazancını deney yolu ile bulduğunuz, giriş ve çıkış empedansları ile 8. basamakta bulduğunuz voltaj kazancını kullanarak hesaplayınız ve aşağıya kaydediniz.

Ai (ölçülen)= ……………………………..

10- Şimdi devrede bulunan CB kondansatörünü kaldırarak, 1 ila 9. basamaklar arasında yaptığınız işlemleri

tekrarlayınız ve sonuçları aşağıya kaydediniz. Hesaplanan değerler;

Zi= ……………. Zo= ……………… NLVA = ………………… Ai = ………………….

Ölçülen giriş empedansı; Zi (ölçülen)= …………………….. Ölçülen çıkış empedansı;

Vo(Yüksüz) = ………………. Vo(Yüklü) = …………………. Zo (Ölçülen)= ………………………..

Ölçülen giriş ve çıkış voltajları;

Vi = ………………………… Vo = ………………………… Ölçülen(ölçülen giriş- çıkış empedansları ile giriş-çıkış voltajlarından hesaplanan) Voltaj ve Akım kazançları;

NLVA (ölçülen) = ……………………… Ai (ölçülen) = ……………………………..


7

11- Analiz bölümünde kullanılmak üzere, Şekil-5’te kullandığınız direnç değerlerini dijital ohmmetre ile ölçerek aşağıya kaydediniz.

R1 = ……………….. R2 = ………………….. RC = ………………….. RE = ………………………..

12- Kullanılan transistörün β değeri her bir transistör için farklılıklar arz edebileceğinden, kullandığınız

transistörün β değerini dijital Avometre üzerinde bulunan hfe test özelliğini kullanarak ölçünüz ve değerini aşağıya kaydediniz.

β(ölçülen) = …………………….


1- Yukarıda elde ettiğiniz sonuçlara dayanarak, hesaplanan ve ölçülen devre parametrelerini yorumlayınız. Bulduğunuz sonuçlar uyuşuyor mu? Eğer arada fark var ise nedenlerini tartışınız.

2- İşlem basamaklarından 11 ve 12’de bulduğunuz değerleri kullanarak aşağıdaki değerleri(teorik olarak) tekrar hesaplayınız ve sonuçları ölçtüğünüz değerler ile karşılaştırınız. Sonuçların analizi 1. basamakta karşılaştırdığınız değerle burada bulduğunuz değerler arasında nasıl bir ilişki var? Teori ile pratik arasındaki uyuşmazlık azalıyor mu?

Yeniden hesaplanan değerler;

Zi= ……………. Zo= ……………… NLVA = ………………… Ai = ………………….

SORULAR 1- Şekil-5‘de kullanılan CB kondansatörünün görevini açıklayınız(AC ve DC’de). 2- İşlem basamaklarından 3 ve 4’ü açıklayınız. Neden devrenin giriş empedansı bağlanan potansiyometrenin

değerine eşit alındı 3- İşlem basamaklarından 5 ve 6’yı açıklayınız. Neden devrenin çıkış empedansı bağlanan potansiyometrenin

değerine eşit alındı. 4- Yükselteç devresi çıkışına bağlanan yük direncinin, devrenin akım ve voltaj kazançlarına olan etkisini

açıklayınız.

TC




ELM202


LABORATUAR FÖYÜ

DENEYİ YAPTIRAN:

DENEYİN ADI:

DENEY NO:


SINIFI: OKUL NO:

DENEY GRUP NO:


DEĞERLENDİRME


Deney Sonuçları

(%20)

Sözlü (%20)

Deney Performansı

(%20)

Deney Raporu (%20)

TOPLAM


2

DENEY 14 : JFET KARAKTERİSTİKLERİNİN ÇIKARILMASI AMAÇ: JFET transistörün çalışmasının incelenmesi ve giriş-çıkış karakteristik eğrilerinin çıkarılması. TEORİ: JFET ve BJT transistörler karşılaştırıldığında, aralarındaki en önemli farkın BJT’lerde akım olan giriş kontrol parametresinin, JFET’lerde gerilim olduğunun görülmesidir. Bunun nedeni JFET’in yapısıdır. Bilindiği gibi JFET’lerde giriş ile çıkış arasında (idealde) bir elektriki bağlantı yoktur, yani giriş direnci sonsuzdur. Her ne kadar pratikte bu şartlar sağlanamasa da yinede transistöre göre çok büyük bir giriş direnci olduğundan, giriş akımı sıfıra çok yakındır. Peki bu şartlarda JFET giriş gerilimi ile çıkışı nasıl kontrol etmektedir. Adından da anlaşılacağı gibi girişe(Gate-Source arası) uygulanacak ters yönlü giriş geriliminin büyüklüğü ile doğru orantılı olarak Drain ile Source uçları arasındaki akım taşıyan kanal daralacak veya genişleyecektir. Bu daralma ve genişleme manyetik alan prensibinde olduğu gibi elektron taşıyan yüzeyin daralması veya genişlemesi şeklinde olacaktır. Bunun anlamı yani kanalın daralması, geçen elektron sayısını dolayısı ile akımı azaltacaktır(Drain-Source arası direnç büyük). Tersi olarak kanalın genişlemesi Drain-Source arasında akan elektron sayısının dolayısı ile akımın artmasına neden olacaktır(Drain-Source arası direnç küçük). Bu anlamda JFET’lerin BJT transistörlere göre en büyük avantajlarından birisi giriş devresinin çıkış devresinden elektriki olarak yalıtılmış olması dolayısı ile giriş direncinin çok büyük olmasıdır. JFET’in çıkış akımı Drain akımına eşittir ve ID sembolü ile gösterilir. Yine bu akım IS ile gösterilen Source akımı ile aynı değere sahiptir. JFET’in verebileceği maksimum akım değeri IDSS ile gösterilir ve bu akımın sağlanabilmesi için genel şart VGS = 0 V ve VDS > |VP| dir. (1) Burada kullanılan VP Voltajı(pinch-off voltajı), JFET’in giriş voltajı sıfır iken(VGS = 0 V), sıfırdan itibaren arttırılan ve JFET içerisindeki kanalların birbirine değdiği(kanalın idealde kapandığı fakat pratikte çok küçük bir kanal aralığının kaldığı ve akımın doyuma ulaştığı nokta) andaki VDS Voltaj değeridir. Bu değer n kanal bir JFET için negatif, p kanal JFET içinse pozitif bir değere sahiptir. Yukarıda anlatılanlar ışığında Drain-Source arası direncin girişe uygulanan VGS gerilimi ile değiştiği anlaşılabilir. Bu direncin değeri yaklaşık olarak aşağıda verilen formül ile bulunabilir.

20

)1( PGSd VV

rr

−= (2)

Burada r0 , VGS = 0 V iken Drain-Source arası direnci, VP sabit pinch-off voltajını, rd ise uygulanan VGS giriş gerilimine bağlı olarak Drain-Source arasında görülen direnç değerini gösterir. Buna bağlı olarak ID akımının giriş voltajına bağlı değerini Shockley eşitliği ile veren formül ise;

2

1 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

P

GSDSSD V

VII (3)

ile gösterilir.

İŞLEM BASAMAKLARI

A- ÇIKIŞ KARAKTERİSTİK EĞRİLERİNİN ELDE EDİLMESİ :

1- Şekil-1’de görülen devreyi BF 245 JFET transistörü ile kurunuz. 2- VGS = 0 V ve VDS = 0 V olarak ayarlayınız. Devreye sabit olarak ID akımını ölçecek bir dijital

miliampermetre ve sırası ile VGS ve VDS Voltajlarını ölçeceğiniz dijital bir voltmetre bağlayınız.

0 - 15 Vv

v

A

VGS

VDS

ID

9 V 1K

D

S

G

Q1

Şekil-1


3

3- VGS gerilimi sıfır voltta iken, VDS gerilimini sıfırdan başlayarak Tablo-1’deki değerlere ayarlayınız. Ayarladığınız her voltaj değeri için ID akım değerini ampermetreden okuyarak Tablo-1’deki uygun yerine yazınız.

4- VGS gerilimini 1 KΩ’luk potansiyometre yardımı ile Tablo-1’de verilen VGS = -0.5 Volt değerine ayarlayarak sabit bırakınız ve giriş gerilimi bu değerde iken 3. adımdaki işlemleri tekrarlayarak ölçtüğünüz ID değerlerini Tablo-1’deki uygun yerlerine yazınız.

5- Bundan sonra VGS gerilimini Tablo-1’de verilen diğer değerlere ayarlayarak, 4 ve 3. adımlardaki işlemleri tekrarlayarak, ölçülen akım değerlerini tabloda bulunan uygun yerlere yazınız.

VGS = 0 V VGS=-0.5V VGS =-1 V VGS =-2 V VGS =-3 V VGS =-4 V VGS =-5 V VGS =-6 V VDS V

ID mA

VDS V

ID mA

VDS V

ID mA

VDS V

ID mA

VDS V

ID mA

VDS V

ID mA

VDS V

ID mA

VDS V

ID mA

1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 7 7 7 7 7 7 7 7 9 9 9 9 9 9 9 9

11 11 11 11 11 11 11 11 13 13 13 13 13 13 13 13 15 15 15 15 15 15 15 15

Tablo-1

B- GİRİŞ KARAKTERİSTİK EĞRİSİNİN ELDE EDİLMESİ :

1- Şekil-1’deki devreyi VDS = 5 Volt olacak şekilde kurunuz. 2- VGS gerilimini 1 KΩ’luk potansiyometre yardımı ile Tablo-2’de verilen değerlere ayarlayarak,

her bir değer için ID akımını ölçerek tabloya kaydediniz. 3- VGS gerilimini +1 V değerine ayarlayarak, ID akımını ölçünüz ve bulduğunuz değeri aşağıya

kaydediniz

VGS=+1 Volt iken ID = .................................mA

VDS = 5 Volt VGS V

-0.25 -0.5 -0.75 -1 -1.5 -2 -2.5 -3 -3.5 -4

ID mA

Tablo-2


1- Tablo-1’deki verileri kullanarak JFET’in çıkış karakteristik eğrilerini, VDS’nin fonksiyonu olarak ID’nin değişimi şeklinde çiziniz(Not: VDS yatay, ID düşey düzlemde olacak şekilde).

2- Tablo-2’deki verileri kullanarak JFET’in giriş karakteristik eğrisini VDS = 5 Volt için çiziniz(VGS’nin fonksiyonu olarak ID’nin değişimi çizilecek).

3- Yukarıda çizdiğiniz tabloları kullanarak, IDSS ve VP değerlerini bularak kaydediniz. 4- 3. adımda bulduğunuz IDSS ve VP değerlerini (3) numaralı Shockley eşitliğinde kullanarak Tablo-2

benzeri bir tablo oluşturarak, hesapladığınız değerleri tabloya kaydediniz. Tablodaki değerleri kullanarak JFET’in giriş karakteristik eğrisini tekrar çizin ve 2. adımda deneysel çalışma sonucunda çizdiğiniz grafik ile karşılaştırınız. Aralarında fark var mı? Var ise nedenlerini tartışınız.


4

5- Eşitlik-(2)’yi kullanarak Tablo-2’deki VGS değerleri için rd direnç değerlerini hesaplayarak, oluşturacağınız tabloya kaydediniz. Bulduğunuz sonuçları kullanarak VGS geriliminin değişimi karşılığında, değişen rd direncinin grafiğini çiziniz.

6- Yukarıda çizdiğiniz grafikleri yorumlayarak, JFET karakteristikleri hakkında bilgi veriniz. 7- Giriş karakteristik eğrisinin elde edilmesi işlem basamakları sırasında bulduğunuz, VGS = +1 Volt iken

ID değerini yorumlayınız. Sizce bulduğunuz değer olması gereken değermidir ? Yorumlayınız.

TC




ELM201

ELEKTRONİK-I DERSİ

LABORATUAR FÖYÜ

DENEYİ YAPTIRAN:

DENEYİN ADI:

DENEY NO:


SINIFI: OKUL NO:

DENEY GRUP NO:


DEĞERLENDİRME


Deney Sonuçları

(%20)

Sözlü (%20)

Deney Performansı

(%20)

Deney Raporu (%20)

TOPLAM


2

DENEY 9 : BJT YÜKSELTEÇ DİZAYNI AMAÇ : Bu deneyin amacı aşağıda görülen polarma devresine sahip bir yükselteç devresini, istenenler ışığında dizayn etmek ve çalıştırmaktır.

C1

C2

R1

R2

RC

RE1

CE

+Vcc

+ VoQ1

BC 238B

RL

Vİ

RE2

Şekil-1 Transistörlü Yükselteç Devresi

TEORİ: Şekilden de görüldüğü gibi devre bir NPN transistör temel alınarak oluşturulmuştur. R1 ve R2 dirençleri beyz polarmasını sağlamaktadır. RE1 ve RE2 dirençlerinin görevi ise sıcaklık değişimleri karşısında değişen β’nın neden olduğu transistör çalışma noktası değişimlerinin önüne geçmektir. Bir başka deyimle sıcaklık karşısında devrenin kararlılığını arttırmak için bu dirençler kullanılmaktadır. Peki neden iki adet direnç kullanılmaktadır. Bunu nedeni ise; Devreye RE direncinin eklenmesi kararlılığı arttırmaktadır fakat bunun yanı sıra sistemin gerilim kazancı çok büyük oranda azalmaktadır. Bunun önüne geçebilmek için RE direnci CE kondansatörü ile köprülenmektedir. Kondansatörün eklenmesi kazancı tekrar yükseltmesinin yanı sıra devrenin giriş empedansını da düşürmektedir. İşte hem giriş empedansının yüksek hemde gerilim kazancının nispeten yüksek olması için, RE direnci ikiye bölünmekte ve bunlardan birisi CE kondansatörü ile köprülenerek kazanç arttırılmakta, diğeri ise giriş empedansını arttırmaktadır. Bunun yanı sıra devrenin sıcaklık değişimlerinden etkilenmeside önlenmektedir. C1 ve C2 kondansatörleri ise kuplaj kondansatörleridir ve bu devreyi bağlandıkları diğer devrelerden DC olarak yalıtım amacı ile kullanılmışlardır. Devrenin küçük sinyal re modeli Şekil-2’de verilmiştir. Burada ro= ∞ olarak alınacaktır.

R1 R2βre βIb ro

Zi Zo

Ib

ViVo

b c

e

+

-

RC

+

-


Zb RE1

Şekil-2 Transistörlü Yükseltecin Küçük Sinyal re Modeli

ÖN ÇALIŞMA :

Yukarıdaki yükselteç devresi için bizden istenen değerler aşağıda verilmiştir. Gerilim Kazancı, Av = -18, Giriş Empedansı, Zi= 5 KΩ Tepeden-tepeye maksimum çıkış voltajı, VOp-p(max) = 6 V Yine devrede standart olarak bulunan elemanların değerleri aşağıda verilmiştir. VCC = 12 V, RL= 2.2KΩ, C1= 6.8μF, C2=6.8μF, CE=100μF


3

Verilenler ışığında devrede bulunan direnç değerlerini hesaplayarak(ders notlarını kullanınız), aşağıdaki yerlerine yazınız. Değerleri hesaplarken aşağıda verilen standart direnç değerleri kullanılacaktır. Yine transistör verileri olarak, ekte bulunan katalog bilgileri kullanılacaktır.

Tablo-1 Hesaplanan Direnç Değerleri R1 R2 RC RE1 RE2

Standart direnç değerleri : 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82 (x10n Ω) Şimdi yukarıda hesapladığınız değerleri kullanarak, üç farklı β değeri için aşağıdaki tabloda belirtilen parametreleri hesaplayınız ve tablodaki uygun yerlerine yazınız.

Tablo-2 Hesaplanan Devre Parametre Değerleri

β1=200 β2=300 β3=460 IBQ ICQ VCEQ re Zi Av Tepeden-tepeye maksimum çıkış voltajı, VOp-p(max)

İŞLEM BASAMAKLARI

Not: İşlem basamaklarında yapacağınız gerilim ölçümlerini osilaskop ile yapınız. Osilaskopta gerilim ölçümü yaparken bütün gerilim değerlerini tepeden-tepeye(peak to peak) gerilim değerleri olarak alınız.

1) Yukarıda direnç değerlerini hesapladığınız Şekil-1’de verilen devreyi deney seti üzerine kurunuz. 2) Devrenin girişine sinyal üretecini bağlamadan önce, dijital ölçü aleti ile VCEQ ve ICQ değerlerini

ölçerek aşağıya kaydediniz. Ölçtüğünüz bu değerleri kullanarak, çıkış geriliminin alabileceği tepeden-tepeye maksimum genlik değerini hesaplayarak aşağıya kaydediniz

VCEQ = ……………… ICQ =……………….. VOp-p(max)(hesaplanan)= ………………

3) Devrenin girişine sinyal üretecini bağlayarak, üretecin çıkışını 100 mV(p-p), 5 KHz sinüs konumuna getiriniz. Bu durumda giriş ve çıkış voltajlarını osilaskop ekranında aynı anda görerek gerilim kazancını bulunuz. Bulduğunuz değeri aşağıya kaydederek, ön çalışmada verilen kazanç ile karşılaştırınız.

Av = ……………………

4) Sinyal üretecinin frekansını değiştirmeden giriş sinyalinin genliğini yavaş yavaş arttırarak, çıkış

sinyalini gözleyiniz. Çıkış sinyalinin şeklinin bozulduğu(alt ve üst tepe noktalarında kesilmelerin başladığı nokta) noktada giriş sinyalini sabitleyerek, çıkış sinyalinin tepeden tepeye değerini ölçüp aşağıya kaydediniz. Bulduğunuz bu değeri, yukarıda hesapladığınız VOp-p(max)(hesaplanan) ile karşılaştırınız. Yine bu değer ile AC yük eğrisi üzerinde Q çalışma noktasını yeniden belirleyiniz ve teorik hesaplamadaki çalışma noktası ile karşılaştırınız.

Not: Eğer sinüs dalgasındaki bozulma fark edilemiyorsa veya daha hassas bir ölçüm yapılmak istenirse, sinyal üretecinin frekansı değiştirilmeden dalga şekli üçgen dalgaya alınarak, yukarıdaki işlem tekrarlanır.

VOp-p(max)(Ölçülen) = …………………… 5) Devrenin giriş empedansını(Zi) ölçmek için sinyal jeneratörü ile devre arasına aşağıda görüldüğü gibi

10 KΩdeğerinde bir direnç bağlayınız. Bu direnç şimdi devrenin giriş empedansına Şekil-4’te görüldüğü gibi seri duruma gelmiştir. Bundan sonra şekilde görülen Vi ve Vb gerilim değerlerini osilaskop ile ölçerek, giriş empedansının değerini buradan hesaplayınız. Bulduğunuz değeri aşağıya kaydederek, daha önce teorik olarak hesapladığınız giriş empedans değeri ile karşılaştırınız.


4

Zi = …………………….

R1

R2

Vi

+VCC

beyzC1

10 KΩ

Rs

Vb

Zi

Vi10 KΩ

Rs

Şekil-3 Seri Rs devresi Şekil-4 Giriş empedansının ölçülmesi

SORULAR 1- Katalogda verilen β’nın maksimum ve minimum değerlerinin, yükseltece olan etkisini açıklayınız. 2- Deney ve teorideki değerler uyuşuyor mu? Uyuşmuyorsa nedenlerini tartışınız. 3- RE1 ve RE2 dirençlerinin görevlerini açıklayınız.

TC




ELM202


LABORATUAR FÖYÜ

DENEYİ YAPTIRAN:

DENEYİN ADI:

DENEY NO:


SINIFI: OKUL NO:

DENEY GRUP NO:


DEĞERLENDİRME


Deney Sonuçları

(%20)

Sözlü (%20)

Deney Performansı

(%20)

Deney Raporu (%20)

TOPLAM


2

DENEY 11 : TRANSİSTÖRLÜ YÜKSELTEÇLERİN KARE DALGA İLE FREKANS ANALİZİ

AMAÇ: Birleşim yüzeyli transistörlerle yapılan yükselteçlerin, alçak ve yüksek frekans karakteristiklerini, kare dalga yöntemi ile bulmak. TEORİ: Bir önceki deneyde, BJT’li yükselteçlerin alçak ve yüksek frekans analizlerini hem analitik hemde deneysel yol ile bulmuştuk. Deneyde izlediğimiz yol, giriş sinüs eğrisinin genliğini sabit alıp frekansını alçak frekans sınırlarından yüksek frekans sınırlarına kadar adım adım arttırarak, her adımda çıkış sinyalinin genliğinin ölçülmesine ve buradan da voltaj kazancının bulunmasına dayanıyordu. Bu yöntem, işlem basamaklarından da anlaşılacağı gibi, zaman alan ve nispeten uzun bir süreç gerektiriyordu. Diğer taraftan bu deneyde kullanacağımız kare dalga yöntemi oldukça pratik ve basit bir iki adımla yükseltecin alçak ve yüksek kesim frekanslarını bulmamıza yarayacaktır. Test işleminde kare dalga sinyalinin kullanım sebebinin anlaşılması bakımından, periyodik sinyallerin Fourier serileri ile ifade edilmesi konusundan kısaca bahsetmekte fayda var. Bilindiği gibi, herhangi bir periyodik dizi veya fonksiyon(f(t)), matematiksel olarak sinüs ve kosinüs serileri halinde ifade edilebilmektedir. Bu konuda izlenecek yol aşağıda kısaca belirtilen Fourier serilerinin elde edilmesi yöntemi olacaktır. Bu yöntemde herhangi bir f(t) fonksiyonu, T periyodu ile periyodik olmak şartı ile aşağıdaki gibi ifade edilebilir.

∑∞

=

++=1

)sincos(2

)(n

nno tnbtna

atf ωω

Burada ∞= ,....,3,2,1n arasındaki tam sayılar olmak üzere;

∫=T

o dttfT

a0

)(2,

∫=T

n dttntfT

a0

)cos()(2 ω ,

ve

∫=T

n dttntfT

b0

)sin()(2 ω ,

olarak bulunabilir. Burada 2oa

DC bileşen, ta ωcos1 veya ta ωsin1 temel veya 1. harmonik, ta ω2cos2

veya ta ω2sin2 2. harmonik ve tnan ωcos veya tnan ωsin n. harmonik olmak üzere sonsuz sayıda harmonik vardır. Bu dönüşüm sonucu herhangi bir periyodik sinyal, genlik ve frekansları farklı, sonsuz sayıda sinüs ve kosinüs sinyali şeklinde ifade edilebilmektedir. Elde edilen seriye Fourier serisi denir.

t (s)

V(t) (volt)

T

0

Vm

-Vm

Şekil-1 : Kare dalga sinyal

Bu yöntem kullanılarak Şekil-1’de görülen kare dalganın Fourier serisi ;


3

))(2sin1...

...)9(2sin91)7(2sin

71)5(2sin

51)3(2sin

312(sin4)(

tnfn

tftftftfftVtV m

π

ππππππ

+

+++++=

olarak bulunabilir. Şimdi Şekil-2’de görülen, tepe değeri 1 Volt ve periyodu T=0.01 saniye olan kare dalga sinyali ele alalım.

Şekil-2 : Örnek kare dalga sinyal

Bu sinyalin Fourier serisine açılımını ilk 9 harmonik için hesaplarsak;

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ++++= tftftftffttV )9(2sin

91)7(2sin

71)5(2sin

51)3(2sin

312sin4)( πππππ

π

olur. HzT

f 10001.011

=== değeri yerine yazılırsa;

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ++++= ttttttV 5652sin

914396sin

713140sin

511884sin

31628sin4)(

π

olarak bulunabilir. Şimdi bu 5 sinüs sinyalini ayrı ayrı grafik üzerinde çizerek, toplamlarını(V(t)) bulalım.

Şekil-3 : Kare dalganın ilk dokuz harmoniği Şekil-4 : İlk dokuz harmoniğin toplamları Şekil-3’te temel, birinci, üçüncü, beşinci, yedinci ve dokuzuncu harmoniklerin ayrı ayrı dalga şekilleri görülmektedir. Bu dalga şekillerinde temel harmonik frekansının, kare dalga sinyalinin frekansı ile aynı, 3. harmoniğin 3 katı, 5. harmoniğin 5 katı, 7. harmoniğin 7 katı ve 9. harmoniğin frekansının kare dalga sinyalin frekansının 9 katı olduğuna ve harmonik numarası arttıkça, genliklerinin azaldığına dikkat ediniz. Buradan harmonik numarasının büyük olmasının, toplam sonuca etkisinin küçük olacağı sonucunu çıkarabiliriz. Bu nedenle, genellikle sinyallerin Fourier serileri alınırken sonsuz sayıda harmonik yerine, ilk 9-10 harmonik yeterli sayılmakta ve buna göre işlem yapılmaktadır. Şekil-3’te görülen 5 ayrı harmonik sinyali vektöriyel olarak toplanırsa, Şekil-4’te görülen dalga şekli elde edilir. Buradanda orijinal kare dalga sinyaline çok yakın bir kare dalga sinyali elde edildiği görülmektedir.


4

Şimdi tekrar yükselteçlerin alçak ve yüksek frekans analizinde neden kare dalga sinyali kullanılıyor sorusunun cevabına dönersek; bilindiği gibi yükseltecin alçak ve yüksek kesim frekanslarını belirlerken, yükselteç girişine genliği sabit, frekansı değişken bir giriş sinyali veriyor ve buna göre kazançtaki değişimleri gözlemliyorduk. Kare dalga sinyalinin Fourier serisine açılımına baktığımızda bu bileşenlerin yani değişken frekansların olduğunu görebiliriz. O zaman tek bir kare dalga sinyali ile aslında geniş bir frekans aralığındaki yükselteç karakteristiklerini test etmiş oluyoruz. Peki kullanacağımız kare dalga sinyalinin frekansını nasıl belirleyeceğiz. Bu sorunun cevabını verebilmek için yine kare dalga sinyalin Fourier serisine açılımına bakalım. İlk dokuz harmonikten görüyoruz ki, genel toplama en büyük etkiyi(genlik olarak) temel veya 1. harmonik vermektedir. 9. harmonik ise 1/9 oranındaki genliği ile;

1,11%10091

=x oranında genel toplama etki etmektedir. Bundan sonraki harmonikler %10’değerinden daha

az etki yapacağından ihmal edilebilirler. Bu durumda test edilecek devrenin hangi frekans değerinde test edileceği biliniyorsa, kare dalganın frekansı;

Kare dalganın frekansı = (Devrenin test edileceği frekans) / 9

olarak hesaplanabilir. Bunu bir örnek üzerinde açıklayalım; Elimizde bir ses frekans yükselteci olduğunu düşünelim. Bu yükseltecin normalde ses frekans sınırları olan 20 Hz ile 20 KHz arasındaki sinyalleri kayıpsız ve gürültüsüz bir şekilde yükseltmesi gerektiği bilindiğine göre, bu yükseltecin üst çalışma frekansı olan 20 KHz’deki performansını kare dalga sinyali ile test edelim. Bu durumda girişten uygulayacağımız kare dalganın frekansı;

KHzKHzf 22.2920 == olmalıdır. Şimdi yükseltecin girişinden frekansı 2,22KHz olan bir kare dalga sinyali verdiğimizi ve yükselteç çıkışından da aşağıda(Şekil-5) görülen çıkışlardan birini aldığımızı farz edelim. Şekil-5 (a)’ daki çıkış giriş dalga şekli ile aynı özellikleri taşıdığından, eğer yükselteç bu çıkışı veriyorsa 20 KHz’de gürültüsüz ve kayıpsız yükseltme işlemi yapıyor deriz. Eğer çıkış Şekil-5 (b)’deki gibi ise yükseltecin alçak frekans(bu durumda 2,2 KHz) kazancı düşüyor demektir. Bunun nedeni girişin nispeten yavaş değiştiği veya sabit kaldığı değerde yükseltecin kazancı düşük olduğundan, çıkış genliği düşüktür. Eğer Şekil-5 (c)’deki gibi ise yükseltecin yüksek frekans(bu durumda 20 KHz) kazancı düşüyor demektir. Bunun nedeni girişin hızlı değişiminin olduğu kenarda yükseltecin kazancı düşük olduğundan, çıkış genliği düşüktür(bakınız bozuk kesim). Şekil-5 (d)’deki gibi bir çıkışa sahip yükseltecin ise hem alçak ve hemde yüksek frekans kazançları düşüktür. Çünkü hem değişimin hızlı olduğu yükselen veya alçalan kenarlarda, hemde değişimin sabit olduğu kesimlerde yükselteç bozuk veya genliği düşük dalga şekli vermektedir.

Vo(t) Vo(t)

Vo(t)Vo(t)

t (s)

t (s)t (s)

t (s)

T

T T

T

(a) (b)

(c) (d)

0 0

00

Şekil-5 : Yükseltecin kare dalga girişine verdiği farklı çıkış dalga şekilleri

Bu test sonrası herhangi bir yükseltecin alçak veya yüksek frekanslardaki davranışları konusunda bilgi edindik, peki kesin olarak bu yükseltecin hangi frekans sınırlarında kayıpsız veya düzgün olarak çalıştığını bulabilirmiyiz? Bu sorunun cevabı evet bulabiliriz olmalıdır. Şimdi alçak ve yüksek kesim frekanslarının kare dalga yöntemi ile bulunması konusuna bakalım.


5

Kare Dalga Yöntemi ile Yüksek Kesim Frekansının(fH) belirlenmesi

Öncelikle yukarıda bahsedilen test işlemlerinden sonra test edilecek yükseltecin yüksek frekans aralığında kazancının değiştiğini bildiğimizi düşünelim. Şimdi yükseltecin girişine uyguladığımız kare dalganın frekansını, yavaş yavaş arttırarak Şekil-6’da görülen ve yükselme zamanının(tr) açıkça görüldüğü çıkış dalga şeklini elde ediniz. Burada yükselme zamanı, çıkış dalga şeklindeki yarım periyot boyunca, çıkışın maksimum değerinin %10’undan %90’ına kadar geçen süredir. Örneğin Vm=10 V olsun bu durumda, çıkış dalga şeklinin 1 volttan(%10), 9 volt’a çıkabilmesi için gereken süre tr(rising-time) yükselme zamanı olarak tanımlanır. Birimi saniye olarak alınacaktır.

Vo(t)

t (s)0

Vm (%100)

0.9Vm (%90)

0.1Vm (%10)

tr

Şekil-6 : Yükselme zamanının(tr) ölçülmesi

Şekil-6’da görülen eğri bir RC devresinde bulunan kondansatörün şarj eğrisidir. Buna göre kondansatörün tr süresi sonundaki şarj voltajını;

RCt

FIF eVVVv−

−+= )(

olarak yazabiliriz. Burada FV nihayi(final) voltaj değeri, bizim örneğimizde Vm’ye karşılık gelen voltaj

değeridir. IV başlangıç(initial) voltaj değeri, örnekte 0.1Vm değeridir. Bilinenler ışığında bu voltaj değerlerinin katsayılarını yukarıdaki formülde yerine koyarsak;

RCt

mmmm eVVVV−

−+= )1.0(9.0 , basit bir sadeleştirmeden sonra,

RCt

e−

−+= )11.0(19.0 olarak bulunur. Buradan;

RCt

e−

−=− 9.019.0 ,

RCt

e−

=111.0 ,

RCt−=)111.0ln( ,

RCt−=− 2.2

RCtt r 2.2== veya 2.2rtRC =

olarak bulunur. Bilindiği gibi basit bir RC devresinin kesim frekansı(bu durumda yüksek kesim frekansı);

RCff HRC π2

1==

olarak bulunabilir. Bu formülde RC yerine yukarıda bulduğumuz değeri koyarsak;

2.221

rHRC t

ffπ

== ,

ve


6

rH t

f 35.0= (Hz)

olur. tr bilindiğine veya ölçüldüğüne göre, yükseltecin üst kesim frekansı buradan hesaplanabilir. Not: tr saniye, fH ise Hz birimindedir.

Kare Dalga Yöntemi ile Alçak Kesim Frekansının(fL) belirlenmesi Bu test işlemi için, yükseltecin girişine uyguladığımız kare dalganın frekansını, yavaş yavaş azaltarak(alt kesim frekansına yakın bir değere düşünceye kadar) Şekil-7’de görülen ve düşme zamanının(tf) açıkça görüldüğü çıkış dalga şeklini elde ediniz. Burada düşme zamanı, çıkış dalga şeklindeki yarım periyot boyunca, çıkışın maksimum değerinin %90’ından %10’una kadar geçen süredir. Örneğin Vm=10 V olsun bu durumda, çıkış dalga şeklinin 9 volttan(%90), 1 volt’a düşebilmesi için gereken süre tf (fall-time) düşme zamanı olarak tanımlanır. Birimi saniye olarak alınacaktır. tf değeri ölçüldükten sonra değeri, yukarıda izlediğimiz yol ile bulunan aşağıdaki formülde yerine konularak, yükseltecin alçak kesim frekansı(fL) hesaplanır.

t (s)

Vm (%100)

0.9Vm (%90)

0.1Vm (%10)

tf

Vo(t)

0

Şekil-7 : Düşme zamanının(tf ) ölçülmesi

fL t

f 35.0= (Hz)

İŞLEM BASAMAKLARI


1- Şekil-8’de görülen yükselteç devresini deney seti üzerine kurarak, girişine sinyal jeneratörünü bağlayınız.

r0 =40 KCi

C0

R1

R2

RC

RECB

+Vcc=+12 V

β=200+ Vo

BC238BVs

+

6.8 μF

10 μF

6.8 μF270K 4K7

1K82K 4.7KRL


2- Sinyal jeneratörünün çıkışını kare dalga konumuna getirerek, frekansını 1KHz ve genliğini minimum

durumda tutunuz. Osilaskobun 1. kanalını sinyal jeneratörü çıkışına, 2. kanalınıda yük direncine bağlayınız. Şimdi sinyal jeneratörünün genliğini yavaş yavaş arttırarak, çıkıştan(yük üzerinden) distorsiyonsuz(bozulmamış) bir kare dalga elde ediniz. Değer olarak çıkıştan alabileceğiniz


7

distorsiyonsuz maksimum genlik değerini veren giriş sinyalinin tepe(peak) değerini okuyarak aşağıya kaydediniz.

VS = …………………. mV(p)

3- Bundan sonra sinyal jeneratörünün frekansını yavaş yavaş arttırarak, çıkış dalga şeklini gözlemleyiniz.

Tr zamanını net olarak ölçebileceğiniz seviyeye geldiğinizde frekansı sabit bırakarak, hem frekans ve hemde tr değerini aşağıya kaydediniz. Bundan sonra çıkış dalga şeklini aşağıya çizerek, gerekli değerleri grafik üzerinde gösteriniz.

f = …………………………. Hz tr = ……………………………….(saniye)

t (s)

Vo(t)

0

4- Yukarıda bulduğunuz tr değerini aşağıdaki formülde yerine yazarak, yüksek kesim frekansını(fH) hesaplayınız ve sonucu aşağıya kaydediniz.

rH t

f 35.0=

fH = ………………………… Hz.

5- Bu adımda alçak kesim frekansını belirleyeceğiz. Bunun için öncelikle 2. adımdaki işlemleri tekrarlayınız. Şimdi sinyal jeneratörünün frekansını yavaş yavaş azaltarak, çıkış dalga şekli üzerinde düşme zamanını(tf) net olarak okuyabilecek seviyeye getiriniz. Çıkış dalga şeklini ve değerlerini aşağıdaki koordinat sistemi üzerinde gösteriniz. Ölçtüğünüz düşme zamanı ve frekansı(giriş dalga şeklinin) aşağıya kaydediniz.

t (s)

Vo(t)

0

f = …………………………. Hz tf = ……………………………….(saniye)

6- tf zamanını aşağıdaki formülde kullanarak, yükseltecin alçak kesim frekansını(fL) hesaplayınız.


8

fL t

f 35.0=

fL = ……………………………… (Hz)


1- Bu deney sonucu bulduğunuz alçak ve yüksek kesim frekanslarını, bir önceki hafta deneysel yolla bulduğunuz sonuçlarla karşılaştırınız. Arada fark varmı? Var ise nedenlerini tartışınız.

2- Sonuçları yine bir önceki hafta teorik yolla elde ettiğiniz değerlerle karşılaştırınız. Arada fark varmı? Var ise nedenlerini tartışınız.

3- Bu deneyde bulduğunuz sonuçlar mı, yoksa bir önceki haftada deneysel yolla bulduğunuz sonuçlar mı teorik sonuçlarla uyuşuyor? Tartışınız.

SORULAR 1- Deneyde kullandığınız yükseltecin bant genişliğini(BW) hesaplayınız. Bu değer iyi bir ses frekans

yükselteci için yeterlimidir? 2- Kare dalga yöntemi ile alçak ve yüksek frekans analizinin avantajları nelerdir? Nedenleri ile açıklayınız. 3- Yüksek kesim frekansının tespitinde kullandığınız kare dalga giriş sinyalinin frekansı ile sonuçta

bulduğunuz kesim frekansını(yüksek kesim frekansı) karşılaştırınız. Sonuçlar teori bölümünde anlatılan Fourier serilerinde 9. harmoniğe kadar bileşenlerin alınması genellikle yeterli ifadesini doğruluyor mu? Tartışınız.

4- 3. soruyu alçak kesim frekansının tespiti deneyi sonuçları için tekrar çözünüz.

Documents

Elektronik Deney