Untitled - Kırıkkale Üniversitesi

Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
DENEY-1
Ortak Emiterli Küçük Sinyal Yükseltici
Deneyin Amacı: Transistör kullanarak ortak emiterli küçük sinyal yükseltici yapılması ve
özelliklerinin incelenmesi
Teorinin Özeti:
Bipolar transistör iki jonksiyonlu ve üç uçlu bir elemandır. Diyodun çalışmasındaki prensipler
kullanılarak bipolar transistörün çalışması açıklanabilir. “Bipolar transistör” yerine genellikle sadece
“transistör” kelimesi kullanılmaktadır. NPN ve PNP olmak üzere iki çeşit transistör vardır. Transistör,
emiter, taban ve kollektör uçlarından oluşur. NPN transistörde taban (baz), iki N bölgesi arasındadır. N
bölgelerinden biri emiter, diğeri kollektördür. PNP transistörde ise taban, iki P bölgesi arasındadır. P
bölgelerinden biri emiter, diğeri kollektördür. Transistörde taban bölgesinin genişliği ve katkılama
oranı, emiter ve kollektöre göre çok küçüktür. Emiter ve kollektör aynı tür malzeme olmakla birlikte
emiterin katkılama oranı kollektöre göre çok yüksektir. Şekil 1.1‟de NPN ve PNP transistörlerin yapı
ve sembolleri gösterilmiştir.
Şekil 1.1. NPN ve PNP transistörlerin yapıve sembolü.
Transistörün Çalışması
Transistörde iki jonksiyon mevcuttur. Emiter ile taban arasındaki jonksiyon ve taban ile kolektör
arasındaki jonksiyon. Bu iki jonksiyonun kutuplanmasına göre transistör farklı bölgelerde çalışır.
Tablo 1.1‟de transistörün çalışma bölgeleri gösterilmiştir.
1
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Tablo.1.1 Transitörün çalışma bölgeleri
Çalışma Bölgesi
Aktif
Doyma
Kesim
Ters
E-B jonksiyonu
İleri kutuplama
İleri kutuplama
Ters kutuplama
Ters kutuplama
C-B jonksiyonu
Ters kutuplama (veya boş)
İleri kutuplama
Ters kutuplama (veya boş)
İleri kutuplama
Aktif Bölge
Transistörün dört farklı çalışma bölgesinden öncelikle aktif bölgeyi inceleyelim. NPN bir transistörün
aktif bölgede çalışması için kutuplamanın nasıl yapıldığı Şekil 1.2‟de gösterilmiştir. Aktif bölgede
çalışan bir NPN transistörde E-B jonksiyonu ileri yönde, C-B jonksiyonu ters yönde kutuplanır. Emiter
bölgesinde çoğunluk akım taşıyıcıları olan elektronlar kaynağın (-) ucu tarafından itilerek taban
bölgesine doğru hareket eder. Taban bölgesinin dar olması ve az miktarda katkılanması sebebiyle,
emiter bölgesindeki elektronların çok azı taban bölgesindeki deliklerle birleşir, çoğunluğu kollektör
bölgesine geçer. Bunun nedeni C-B jonksiyonunun ters kutuplanmasıdır. Emiterdeki elektronlar,
kollektöre bağlı(+) gerilim kaynağı tarafından çekilir. Aynı zamanda C-B‟de oluşan boşluk bölgesi
emiterden gelen elektronların hareketini destekler. Emiterden gelen elektronların yaklaşık olarak %
99‟u kollektöre gider. Bu akım kalın okla gösterilmiştir. Transistördeki diğer akımlar bu akımın
yanında çok küçüktür. Emiter elektronları yayan bölgedir. Kollektör ise bu elektronların toplandığı
bölgedir. Emiterden gelen elektronların yaklaşık olarak % 1‟i tabana doğru gider. Bu esnada taban
bölgesindeki deliklerin bir kısmıda emitere doğru hareket eder. Tabanın katkılama oranı çok düşük
olduğundan bu akım da çok küçüktür.
C-B jonksiyonunun ters yönde kutuplanması ile boşluk bölgesi oluşur ve sızıntı akımı geçer. B‟de
azınlık azınlık akım taşıyıcılarıolan elektronlar C‟ye doğru, C‟de azınlık akım taşıyıcıları olan delikler
B‟ye doğru hareket eder. B-E uçlarına bir gerilim uygulanmadığında, C-B‟den geçen sızıntı akımı I CB0
sembolü ile gösterilir.
Şekil 1.2. Aktif bölgede çalışan bir NPN transistörün kutuplanması
İleri yönde uygulanan VBE geriliminin değeri, transistörden geçen emiter akımın miktarını belirler.
Ters yönde uygulanan VCB geriliminin kollektör akımına etkisi çok azdır. VCB geriliminin arttırılması
2
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
boşluk bölgesini genişletir ve baz bölgesini daraltır. Bu durumda emiterden kollektöre gelen
elektronlar artar, tabana gelen elektronlar azalır. Devre çözümünde kabul edilen akım yönü elektron
akışının tersidir. NPN transistörün aktif bölgede çalışması durumunda elektronların akışı ve akım yönü
Şekil 1.3‟te gösterilmiştir.
Şekil 1.3. NPN transistörde akım yönleri.
Transistörde taban akımı ile kollektör akımının toplamı emiter akımını verir. Taban akımı, emiter ve
kollektör akımına göre çok küçüktür. Kollektör akımının emiter akımına oranı 1‟e yakındır. Bu oran
DC akım kazancını verir ve α DC ile gösterilir.
Doyum Bölgesi
Tablo 1.1‟de gösterildiği gibi her iki bölge de ileri yönde kutuplanırsa çalışma doyum bölgesinde olur.
Doyumda C-B jonksiyonun daki boşluk bölgesi ortadan kalkar. Kollektörün emiterden gelen akım
taşıyıcıları toplama özelliği büyük ölçüde azalır. Eğer C-B jonksiyonundaki ileri kutuplama yeterli ise
kollektör emiterden gelen akım taşıyıcılarını toplamaz ve emiter gibi tabana doğru akım taşıyıcı yayar.
Kesim Bölgesi
Transistörün her iki jonksiyonu ters yönde kutuplanırsa çalışma kesim bölgesinde olur. Emiter taban
bölgesine çoğunluk akım taşıyıcı göndermez. Emiter ve kollektörden sızıntı akımı geçer. Emiter
akımının sıfır olmasıda kesim bölgesinde çalışmadır.
Ters Çalışma Bölgesi
Transistörde kollektör ve emiter yer değiştirilerek kullanılırsa bu bölge ters çalışma bölgesidir. Emiter
ve kollektörün katkılama oranı aynı olmadığıiçin bu bölgedeki çalışma, aktif bölgeden farklıdır.
3
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Kollektör ve emiterin değiştirilmesi genellikle mümkün değildir. Fakat bazı özel devrelerde transistör
bu şekilde kullanılabilir.
Ortak Emiterli Devre
Ortak emiterli devrede NPN transistörün aktif bölgede çalışması için uygulanan gerilimler Şekil.1.4‟te
gösterilmiştir. B-E uçlarına VBE ve C-E uçlarına VCE kutuplama gerilimleri uygulanır. E-B jonksiyonu
ileri yönde kutuplanır yani VBE gerilimi pozitiftir. Kollektöre, emitere göre pozitif VCE gerilimi
uygulanır. Kollektör gerilimi tabana göre aşağıdaki gibi yazılır.
VCB = VCE - VBE
C-B jonksiyonunu ters kutuplamak için VCB gerilimi pozitif olmalıdır. Yani VCE gerilimi VBE
geriliminden büyük olmalıdır.VCE gerilimi VBE ‟den küçük ise VCB gerilimi negatif olur ve C-B
jonksiyonu ileri yönde kutuplanır dolayısıyla transistör doymaya girer. Ortak emiterli devrede giriş
taban, çıkış kollektördür. Belirli bir IB giriş akımı için IC çıkış akımı oluşur. Transistörün çalışması
ortak tabanlı devreki gibidir. Ortak tabanlı devredeki kazanç cinsinden IB ile IC arasındaki ilişki
aşağıdaki gibi elde edilir.
Şekil 1.4 Ortak Emiterli devre
Ortak Emiterli Devrede Çıkış Karakteristiği
Ortak emiterli devrede bir NPN transistörün çıkış karakteristiği Şekil 1.5‟de verilmiştir. A noktasında
taban akımı sıfırdır ve transistörden çok küçük bir kollektör akımı geçer. Bu akım ICE0 sembolü ile
gösterilir (ICE0 = α DC .ICB). A noktasında transistör kesimdedir. B ve C noktalarında transistör aktif
bölgededir. Aktif bölgede kollektör akımı, taban akımının αDC katıdır. Karakteristik üzerinde
4
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
görüldüğü αDC gibi her noktada aynı değildir. D noktasında ise transistör doyumda çalışır.
Transistörde çalışma noktasının bulunmasıyük doğrusu çizilerek yapılabilir. VCE = VCC − RC.IC (Şekil
1.4‟ten) denklemi kullanılarak yük doğrusu çizilir. Karakteristik ile çakışan nokta çalışma noktasıdır.
Transistör amplifikatör olarak kullanılıyorsa çalışma noktası dikkatli seçilmelidir.
Şekil 1.5 Ortak emiterli NPN transistörün çıkış karakteristiği.
Kesim Bölgesi
Kesim bölgesinde transistor den taban akımıgeçmez. Bu
durum,B-E jonksiyonunun açık devre olması, ters
kutuplanması veya yeteri kadar kutuplanmaması ile
ortaya çıkar. Transistörün kollektör-emiter uçları açık
devre gibi davranır. Kollektörden geçen akım sıfırdır
ve kollektör-emiter uçlarında maksimum gerilim oluşur
Kesimde transistor den ICE0 akımıgeçer. Bu akım ihmal
edilebilir
Şekil 1.6 Ortak Emiterli devrede transistor
ün kesimde olması
Aktif Bölge ve Doyum Bölgesi
E-B jonksiyonu yeteri kadar kutuplanmışsa taban akımı geçer. Aktif bölgede kollektör akımı IC=βDC.IB
olarak hesaplanır. Taban akımı arttırıldığında kollektör akımı orantılı olarak artar. Doyma bölgesinde
taban akımının arttırılması ile kollektör akımı artmaz. Doymada kolektör akımı maksimum değerine ve
5
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
C-E gerilimi minimum değerine ulaşır. Doyma bölgesinde VCE≈0 kabul edilerek ICsat ve IBsat
aşağıdaki şekilde hesaplanır
Uygulama 1
Şekil 1.7 Uygulama 1 devresi
Ortak Emiterli Tek Katmanlı ve Çift Katmanlı Yükselticinin Tasarlanması
Bir yükseltici yapmak için bir güç kaynağı, transistör, birkaç direnç ve kapasitör yeterlidir.Bu kısımda
istediğimiz özellikte bir bio-yükseltici adım adım tasarlanacaktır.
Her kalifiye mühendisin yaptığı gibi önce
gereksinim/ihtiyacı belirleyeceğiz. Daha sonra
bazı kabuller ve katalog bilgileri kullanıp
tasarımımızı adım adım yapacağız. Bu kısımda
bio-yükseltici yapacağımız için bize yüksek bir
voltaj kazancı gereklidir. Bu kazancı ortakemiterli bir yükseltici ile elde edebiliriz. En basit
haliyle ortak yükseltici sol taraftaki şekilde
gösterilmiştir.
Bu
devreye
ortak-emiterli
denilmesinin sebebi girişin Base, beslemenin
(Vcc) kolektörden, çıkışın C noktasından emiterin
ise nötre bağlanıyor olmasındandır.
Şekil 1.8 Ortak Emiterli Yükseltici
Hedefler


Sinyalin 150 kat güçlendirilmesi
300Hz üzerindeki sinyallerin güçlendirilmesi.
6
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
9 Voltluk bir pil veya DC güç kaynağı ile güçlendirme yapacağımız için gelen sinyalin yükseltildikten
sonra sinyalin pozitif ve negatif bileşeninin kısacası tepeden tepeye genliğinin 9V den büyük
olmamasını isteriz. Eğer bu durum oluşursa saturasyon bölgesinde çalışıyoruz demektir ve
sinyalimizde kayıplar oluşacaktır. Bu durumdan kaçınmak için sistemimize gelen giriş sinyali 0V
olduğunda çıkıştan 4,5V almamız gerekiyor demektir.
RC direncinin belirlenmesi
Vc = 1/2 Vcc olacak şekilde sistemi konfigüre
etmemiz
gerekmekte.Ohm
kanununu
kullanarak
RC‟yi
hesaplayabiliriz.
Transistörümüzün kataloğuna bakarak IC
akımının istediğimiz sıcaklık ve şartlarda 1mA
olduğunu öğrendikten sonra RC=(VCC-VC)/IC
formülünü kullanarak RC =(9-4,5)V/1mA =
4,5K olarak hesaplarız. Piyasada 4.5K direnç
bulunmamaktadır buna en yakın direnç 4.7KΩ
bulunmaktadır ve biz bunu kullanıyoruz.
Şekil 1.9 Salınım Aralığı
RE direncinin belirlenmesi
Tür olarak devremizin kazancı RC/RE olacaktır.
Emitör ile nötr arasına direnç koymamış olsak
bile transistörümüzün emiter çıkışının bir direnci
vardır ve bu rtr direnci aşağıdaki formül ile
hesaplanır.
rtr = 0.026/IE
Bizim devremiz için emitör akımını 1mA
seçmiştik. Bu durumda transistörümüzün
rtr=0.026/1mA direnci 26Ω olarak hesaplanır.
Buradan kazancı hesaplarsak 4.7KΩ/26Ω = 180
çıkacaktır bu istediğimiz değere her ne kadar
yakın olsa da transistör direnci olan rtr güvenilir
sabitlikte olmadığından 1K lık bir direnç daha
eklememiz gerekecektir. Bu durumda yeni kazanç
Kazanç=RC/(RE+rtr)= 4700/(1000+26) = 4.6
olarak hesaplanacaktır. Bu her ne kadar bizim
istediğimiz kazanca yakın olmasada bu dirence
ekleyeceğimiz
kapasitör
sinyalin
dalgalanmasında bu etkiyi yok edecektir bu
kapasitör değerini de filtremizin 300Hz nin
üstündeki
sinyalleri
geçirecek
şekilde
tasarlanması için seçeceğiz.
Şekil 1.10 Emiterin transistor direncinin
gösterimi
7
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Üst/Yüksek Geçiren Filtre Kapasitörünün
Seçilmesi
Paralel direnç ve kapasitörün yüksek geçiren filtre
olduğunu devre teorisi derslerinde gördük.
1
Buradan yola çıkarak f= 2.π.R.C formülü ile
hesaplayabiliriz. Burada f = 300, R = 1KΩ
seçildiğinden C= 20uF olarak bulunur. Giriş
sinyalinden hemen sonra giriş sinyalindeki DC
bileşeni çıkartmamızı sağlayacak 1uF lik
kapasitörü ekledikten sonra (DC offset‟in
sıfırlanması) devremiz yandaki hali alacaktır.
Şekil 1.11 Emiter direncine bağlanan kapasitör
Devrenin Kutuplamalarının Yapılması (Bias)
Teorik
derslerden
hatırlayacağımız
gibi
transistörümüzün iletime geçebilmesi için VBE
geriliminin 0.6-0.7V olması gerekmekte idi. Bunu
sağlamak için devreye birkaç direnç eklememiz
gerekmektedir. Yandaki şekilde R2 direnci bunu
sağlamak için eklenecektir. R1 direnci ise
besleme gerilimi ile R2 üzerine düşürülecek olan
gerilim için gerilim bölücü direncidir. RE direnci
üzerine düşen gerilim VRE=1KΩ.1mA=1V dir.
VB noktasına düşen (transistor ün B pini) gerilim
ise VB=VRE+VBE = 1V+0.6V = 1.6V olarak
bulunur. VR2‟nin 1.6V olması gerekmekte.
Şekil 1.12 kutuplama dirençlerinin eklenmesi
Gerilim bölücü değerlerinin bulunması
B noktasındaki gerilimi 1.6V ye ayarlamak için gerilim bölücü yapacak
olursak. Önce dirençlerin oranını bulmamız gerekecek.
𝑅2
𝑉𝐵 =
.𝑉
𝑅1 + 𝑅2 𝐶𝐶
Denklemi tekrar düzenlersek
𝑅1 𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵 9 − 1.6
=
=
= 4.6
𝑅2
𝑉𝐵
1.6
Piyasada bulunan 1K ve 4.7K lık dirençler ile bu oranı sağlayabiliriz.
Şekil 1.13 kutuplama
dirençlerinin
hesaplanması
8
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Tek
katlı
ortak
emiterli
yükselticimizin son hali yandaki
şekildeki gibidir.
Çıkış sinyalimizin tepeden tepeye
genliğinin
en
fazla
9V
olacağından ve kazancımız 150
olduğundan
bozulmadan
yükseltebileceğimiz
sinyalin
tepeden tepeye genliği en fazla
9V/150 = 60mV dir.
Şekil 1.14 Tek katmanlı ortak emiterli yükselticinin son hali
Şekil 1.15 Çift katmanlı ortak emiterli yükseltici
Giriş sinyalinin çok daha küçük olduğu durumlarda çıkış sinyalini güçlendirmek için ikinci bir katman
eklemek mümkündür. Şekil 1.14‟de elde ettiğimiz devreden farklı olarak ikinci katmanda kullanılan
120Ω‟luk direnç çok fazla kazançtan dolayı çıkış sinyalinin bozulmasını engellemek için kazancı
düşürmekte kullanılmıştır. Bu direnç kullanıcı tarafından değiştirilerek kararlılık optimize edilebilir.
9
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Deneyin Yapılışı:
Deney 1.1- Şekil 1.14‟de gösterilen devreyi breadboard üzerinde kurunuz. Giriş sinyalinin genliğini
ve frekansını tablo 1.2‟de istenenler üzerine ayarlayınız ve tabloda gösterilen değerlerde değiştirerek
istenen sonuçları not alınız.
Deney 1.2- Şekil 1.15‟de gösterilen devreyi breadboard üzerinde kurunuz. Devrenizin kararlı hale
gelmesi için 120Ω luk direnç yerine 150Ω, 220 Ω veya 1K Ω luk potunuzla uygun direnci
ayarlayabilirsiniz. Giriş sinyalinin genliğini ve frekansını tablo 1.3‟de istenenler üzerine ayarlayınız ve
tabloda gösterilen değerlerde değiştirerek istenen sonuçları not alınız.
Ön Hazırlık
1. Deney 1.1 ve Deney 1.2‟yi herhangi simülasyon programı (Örn. Proteus) ile yaparak tabloları
doldurunuz. Simülasyonu ek sayfadaki gibi yapmanız size hız kazandıracaktır simülasyondaki
voltmetrelerin AC voltmetre olduğunu ve RMS ölçüm yaptığını unutmayın tabloda sizden
istenen Vpp değerleridir RMS‟den Vpp ye geçiş yapınız. Kazançları hızlı hesaplatmak için
tabloyu Excel ile hazırlayarak osiloskop ölçümü yapmak yerine voltmetreleri okuyarak RMS
değerleri Vpp‟ye excel‟e dönüştürtüp, kazanç kısmını excele hesaplattırabilirsiniz. Simülasyon
için 120Ω luk direnç yerine 220Ω kullanınız.
2. Uygulama 1 problemini çözünüz.
3. Ses dalgalarında insan kulağının hangi frekans aralığında duyduğunu, hangi frekans aralığının
tiz, mid ve bas olduğunu araştırınız.
Rapor Notları
1. Deney sonuçlarınızı ve yorumlarınızı ön çalışmanıza ekleyiniz.
Malzeme Listesi









3 adet BC237B Transistör (1 Yedek)
6 adet 4.7KΩ Direnç (2 Yedek)
4 adet 1uF kapasitör (2 Yedek)
3 adet 20uF kapasitör veya 6 adet 10uF kapasitör (2 adet 10uF yi paralel bağlayarak 20uF elde
etmek için) (1 Yedek)
6 adet 1KΩ Direnç (2 Yedek)
1adet 120Ω, 1 adet 150Ω,1 adet 220 Ω ve 1KΩ pot.
9V Pil ve bağlantı soketi
8 Ω Küçük Hoparlör 0.20 veya 0.50 wattlık yeterlidir. Bağlantı için üzerine önceden kablo
lehimleyiniz. (Eski bozuk ve ucuz radyolardan sökebilirsiniz)
Bağlantı kabloları ve yan keski getiriniz.
Not: Deney föyü olmayan öğrenci derse alınmayacaktır. Devrenizi önceden breadboard üzerine
kurarak getirmeniz tavsiye edilir.
10
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Tablo 1.2 Tek katmanlı ortak emiterli yükseltici ölçümleri tablosu
Vgiriş
(Giriş VPP)
15mV
15mV
15mV
15mV
15mV
15mV
15mV
20mV
20mV
20mV
20mV
20mV
20mV
20mV
30mV
30mV
30mV
30mV
30mV
30mV
30mV
40mV
40mV
40mV
40mV
40mV
40mV
40mV
50mV
50mV
50mV
50mV
50mV
50mV
50mV
80mV
80mV
80mV
80mV
80mV
80mV
80mV
Fgiriş (Giriş
Frekansı)
40
150
300
500
750
1500
2000
50
150
300
500
750
1500
2000
50
150
300
500
750
1500
2000
50
150
300
500
750
1500
2000
50
150
300
500
750
1500
2000
50
150
300
500
750
1500
2000
Vçıkış
(Çıkış VPP)
11
Bozulma
(Evet/Hayır)
Kazanç
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Tablo 1.3 Çift katmanlı ortak emiterli yükseltici ölçümleri tablosu
Vgiriş
(Giriş VPP)
15mV
15mV
15mV
15mV
15mV
15mV
15mV
18mV
18mV
18mV
18mV
18mV
18mV
18mV
20mV
20mV
20mV
20mV
20mV
20mV
20mV
20mV
20mV
20mV
20mV
20mV
20mV
20mV
30mV
30mV
30mV
30mV
30mV
30mV
30mV
60mV
60mV
60mV
60mV
60mV
60mV
60mV
Fgiriş (Giriş
Frekansı)
40
150
300
500
750
1500
2000
40
150
300
500
750
1500
2000
40
150
300
500
750
1500
2000
40
150
300
500
750
1500
2000
40
150
300
500
750
1500
2000
40
150
300
500
750
1500
2000
Vçıkış
(Çıkış VPP)
12
Bozulma
(Evet/Hayır)
Kazanç
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
13
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
14
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
DENEY-2
Ortak Baseli ve Ortak Kollektörlü Yükseltici
Deneyin Amacı: Transistör kullanarak ortak baseli ve ortak kollektörlü küçük sinyal yükseltici
yapılması ve özelliklerinin incelenmesi
Teorinin Özeti: BJT ile genelde yapılan yükselticilerin tipik özellikleri Tablo 2.1‟de gösterilmiştir.
Tablo 2.1
Voltaj Kazancı (AV)
Akım Kazancı (AI)
Giriş Direnci
Çıkış Direnci
Faz Farkı
Kullanım Yeri
CE (Ortak Emiter)
Yaklaşık (-RC/RE)
Yaklaşık (ß)
Yüksek
Yüksek
Var
Yüksek Akım Kazancı
Ve Gerilim Kazancı
CC (Ortak Kollektör)
Düşük (Yaklaşık 1)
Yaklaşık (ß+1)
Yüksek
Düşük
Yok
Anten Giriş Katı
CB (Ortak Base)
Yüksek
Düşük (Yaklaşık 1)
Düşük
Yüksek
Yok
Güç Çıkış Katı
Ortak Kollektörlü Devre
Şekil 2.1 Ortak Kollektörlü Devrenin tipik yapısı
Bu tip yükselticilerin tasarlanmasında temel olarak VCE (veya VCB) ve VRE (veya VB) gerilimlerinin
eşitlenmesi düşünülür.
Basitçe
𝑉𝐵 =
𝑉 𝐶𝐶
2
=> 𝑅1 = 𝑅2 seçilir.
15
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Sonra, tercih edilen veya seçilen IE ve geri kalan değerler bulunur.
𝑉𝐶𝐶
− 0.7
𝑉𝐸
2
𝑅𝐸 =
=
𝐼𝐸
𝐼𝐸
ß=100 kabul edilerek CE devrenin kararlı çalışması için RB<<(ß+1).RE seçilir
𝑅𝐵 = 𝑅1 ||𝑅2 =
𝑅1
𝑅𝐸
= ß+1 .
≈ 10. 𝑅𝐸
2
10
R1=R2=20.RE
IE=1mA VCC=12V seçildikten sonra RE‟nin hesaplanması kolaylaşır.
12
− 0.7
𝑉𝐸
2
𝑅𝐸 =
=
= 5.3𝐾𝛺
𝐼𝐸
1𝑚𝐴
R1=R2=20.RE = 106KΩ
Piyasada bulunan standart dirençleri kullanacak olursak R1=R2=100KΩ, RE=5,6KΩ olarak
bulunacaktır. Bu durumda devremizin son hali Şekil 2.2 deki gibi olacaktır.
Şekil 2.2 Ortak Kollektörlü Devre
16
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Ortak Baseli Devre
Kutuplamaları ortak emiterli devre ile aynıdır. Ortak baseli devrelerde base nötr-toprak noktasına direk
yada bypass kapasitörü ile bağlanılır.
Şekil 2.3 Ortak Baseli Devre
Ön Hazırlık
1. Şekil 2.2 deki devreden VS kaynağını ayırıp DC analizini yaparak IB, IC, IE, VB, VCE, VC
gerilimlerini hesaplayınız.
2. Şekil 2.3 deki devreden VS kaynağını ayırıp DC analizini yaparak IB, IC, IE, VB, VCE, VC
gerilimlerini hesaplayınız.
3. Şekil 2.2 ve 2.3 deki devreleri simülasyon programı kullanarak deneyde istenen değerleri
bulunuz. Frekans değişimine göre kazanç değişimi grafiğini çiziniz.
4. Sonuçları yorumlayınız.
Deneyin Yapılışı
Deney 2.1- Şekil 2.2 deki devreyi kurunuz. Giriş sinyalini 100mV VPP sinüs olacak şekilde sinyal
jeneratöründen ayarlayınız frekansını Tablo 2.2‟de istenenler üzerine ayarlayınız. Tabloda değişen
değerlere göre istenen sonuçları not ediniz. Frekans değişimine göre kazanç değişimi grafiğini çiziniz.
Deney 2.2- Şekil 2.3 deki devreyi kurunuz. Giriş sinyalini 100mV VPP sinüs olacak şekilde sinyal
jeneratöründen ayarlayınız frekansını Tablo 2.3‟de istenenler üzerine ayarlayınız. Tabloda değişen
değerlere göre istenen sonuçları not ediniz. Frekans değişimine göre kazanç değişimi grafiğini çiziniz.
Rapor Notları: Teorik hesabınızın ve deney sonuçlarınızı karşılaştırın ve yorumlayınız.
17
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Malzeme Listesi



2 adet BC237B Transistör (1 Yedek)
470Ω, 4.7KΩ, 47KΩ, 2 adet 5.6KΩ, 2 adet 100KΩ
2 adet 10uF, 3 adet 1uF
Not: Deney föyü, ön çalışması olmayan öğrenci derse alınmayacaktır. Devrenizi önceden breadboard
üzerine kurarak getirmeniz, laboratuarın boş saatlerinde devrenizi denemeniz tavsiye edilir.
Tablo 2.2 Ortak Kollektörlü Yükseltici Ölçümleri Tablosu
Fgiriş (Giriş
Frekansı)
100 Hz
150 Hz
200 Hz
250 Hz
300 Hz
500 Hz
700 Hz
900 Hz
1200 Hz
1500 Hz
2000 Hz
2500 Hz
3000 Hz
3500 Hz
4000 Hz
4500 Hz
5000 Hz
6000 Hz
8000 Hz
9000 Hz
10KHz
15KHz
20KHz
25KHz
30KHz
35KHz
40KHz
45KHz
50KHz
70KHz
150KHz
200KHz
500KHz
1MHz
Vçıkış
(Çıkış VPP)
Bozulma
(Evet/Hayır)
18
Kazanç
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Tablo 2.3 Ortak Baseli Yükseltici Ölçümleri Tablosu
Fgiriş (Giriş
Frekansı)
100 Hz
150 Hz
200 Hz
250 Hz
300 Hz
500 Hz
700 Hz
900 Hz
1200 Hz
1500 Hz
2000 Hz
2500 Hz
3000 Hz
3500 Hz
4000 Hz
4500 Hz
5000 Hz
6000 Hz
8000 Hz
9000 Hz
10KHz
15KHz
20KHz
25KHz
30KHz
35KHz
40KHz
45KHz
50KHz
70KHz
150KHz
200KHz
500KHz
1MHz
Vçıkış
(Çıkış VPP)
Bozulma
(Evet/Hayır)
19
Kazanç
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
DENEY-3
FET’li Yükselticiler
Deneyin Amacı: Bir alan etkili transistor ün (FET-Field Effect Transistor) kutuplanması ve AF‟lı bir
kuvvetlendirici olarak incelenmesi. (Ayrıca azaltıcı tip (Depletian type) MOSFET‟ler de kutuplama ve
kuvvetlendirme işlemleri JFET‟lerle aynı özellikleri taşıdığından bu deneyde yapılan işlemler ve
sonuçları azaltıcı tip MOSFET‟leri de kapsamaktadır.
Teorinin Özeti: FET‟ler BJT‟ler gibi yarı iletken malzemelerden yapılmasına rağmen tek tip
(unipolar) taşıyıcılara sahip olmaları çok yüksek giriş dirençlerin bulunması, gürültülerinin ve ısıl
kararlılıklarının daha iyi olması gibi avantajları ve kazanç-bant genişliğinin nispeten küçük olması gibi
gibi dezavantajları ile BJT‟lerden ayrılmaktadır. İki eleman arasındaki çalışma prensipleri açısından
temel farklılık ise BJT‟lerin akım kontrollü FET‟lerin ise gerilim kontrollü eleman olmalarıdır.
Bir elektriksel elemanların özellikleri en açık onun karakteristik eğrilerinden anlaşılır. Şekil 3.1‟de bir
FET için geçiş ve çıkış öz eğrileri birleştirilerek verilmiştir. Bu eğrilerden geçiş öz eğrisi daha sık
kullanılır. Bu sebeple bu eğrinin kolay çizilmesi ve üzerinde Q çalışma noktasının bulunması için bir
takım metotlar geliştirilmiştir. Bunlardan en yaygın olanı verilen denklemdir.
IDS=ID=IDSS(1-VGS/VP)2
Burada; Vp pinch-off (kısılma) voltajı, IDSS maksimum akaç (Drain) akımıdır.
Şekil 3.1 Bir N kanal FET için karakteristik eğrileri
20
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Deneyin Yapılışı:
Deney 3.1 Ortak Kaynaklı (Common Source) Kuvvetlendirici Devresi






Şekil 3.2 Ortak Kaynaklı Kuvvetlendirici Devresi
Şekil 3.2‟deki devreyi kurunuz. BF245 için ICSS=10mA VP=-5V alınacaktır
Giriş işareti olarak fonksiyon jeneratörünün mili voltlar mertebesinde (yaklaşık 100 mVPP)
10KHz‟lik sinüzoidal bir işaret uygulayınız. Bu girişi çıkışta maksimum bozulmasız
(distorsiyonsuz), bir işaret elde edinceye kadar ayarlayınız.
Giriş ve çıkış sinyallerini osiloskoptan gözlemleyerek ölçekli bir şekilde çizip voltaj kazancını
hesaplayınız.
Giriş ve çıkıştaki voltaj ve akım değerlerini rms cinsinden ölçerek akım kazançlarını, giriş ve
çıkış direnç değerlerini hesaplayınız. Teorik hesaplarınızla karşılaştırma yaparak aralarında
farklılıklar varsa sebeplerini araştırınız.
Giriş işaretini çıkararak DC kapı (VG) ve kaynak gerilimini (VS) multimetre ile ölçünüz.
Elde ettiğiniz ölçüm sonuçlarını bu devre için hesaplayacağınız teorik sonuçlarla karşılaştırınız.
Sonuçlar arasında bir fark varsa sebebini açıklayınız.
21
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Deney 3.2 Ortak Akıtıcılı (Common Drain) Kuvvetlendirici Devresi
Şekil 3.3 Ortak Akıtıcılı Kuvvetlendirici Devresi






Şekil 3.3‟deki devreyi kurunuz. BF245 için ICSS=10mA VP=-5V alınacaktır
Giriş işareti olarak fonksiyon jeneratöründen 400mV, 1KHz‟lik sinüzoidal bir işaret
uygulayınız.
Giriş ve çıkış işaretlerini osiloskoptan gözlemleyerek ölçekli bir şekilde çizip voltaj kazancını
hesaplayınız.
Giriş ve çıkıştaki voltaj ve akım değerlerini rms cinsinden ölçerek akım kazançlarını, giriş ve
çıkış direnç değerlerini hesaplayınız. Teorik hesaplarınızla karşılaştırma yaparak aralarında
farklılıklar varsa sebeplerini araştırınız.
Giriş işaretini çıkararak DC kapı ve (VG) ve kaynak (VS) gerilimlerini multimetre ile ölçünüz.
Elde ettiğiniz ölçüm sonuçlarını bu devre için hesaplayacağınız teorik sonuçlarla karşılaştırınız.
Teorik hesaplamalarınızda giriş ve çıkış değerlerini bulunuz. Sonuçlar arasında bir fark varsa
sebebini açıklayınız.
22
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Deney 3.3 Ortak Kapılı (Common Gate) Kuvvetlendirici Devresi
Şekil 3.4 Ortak Kapılı Kuvvetlendirici Devresi






Şekil 3.4‟deki devreyi kurunuz. BF245 için ICSS=10mA VP=-5V alınacaktır
Giriş işareti olarak fonksiyon jeneratöründen 400mVpp 1 KHz‟lik sinüzoidal bir işaret
uygulayınız.
Çıkış işaretlerini osiloskoptan gözlemleyerek ölçekli bir şekilde çizip voltaj kazancını
hesaplayınız.
Giriş ve çıkıştaki voltaj ve akım değerlerini rms cinsinden ölçerek akım kazançlarını, giriş ve
çıkış direnç değerlerini hesaplayınız. Teorik hesaplarınızla karşılaştırma yaparak aralarında
farklılıklar varsa sebeplerini araştırınız.
Giriş işaretini çıkararak DC akıtıcı (VD), kaynak (VS) gerilimlerini multimetre ile ölçünüz.
Elde ettiğiniz ölçüm sonuçlarını bu devre için hesaplayacağınız teorik sonuçlarla karşılaştırınız.
Sonuçlar arasında bir fark varsa sebebini açıklayınız.
23
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Ön Çalışma Ön çalışma 1,2 ve deney esnasında kullanılmak üzere ölçüm sayfasından 3 kopya alınız.
4. Deney 3.1, 3.2, 3.3 de istenen değeleri Proteus ile bularak tabloları, şablonları doldurunuz.
5. Deney 3.1, 3.2, 3.3 de istenen değerleri teorik olarak hesaplayınız tabloları, şablonları
doldurunuz.
6. JFET,MOSFET hakkında araştırma yaparak bu tip yükselticilerin hangi alanlarda kullanıldığını
araştırınız. BJT yükselticiler hakkında araştırma yaparak bu tip yükselticilerin hangi alanlarda
kullanıldığını araştırınız.
Rapor Notları Deney sonuçlarınızı ve yorumlarınızı ön çalışmanıza ekleyiniz.
Malzeme Listesi

3 adet BF245, 4x 10uF , 2,2MΩ, 5,6KΩ, 22KΩ, 3,3KΩ, 1MΩ, 2,2KΩ, 1,2KΩ, 3,3KΩ
Not: Deney föyü ve ön çalışması olmayan öğrenci derse alınmayacaktır. Devrenizi
önceden breadboard üzerine kurarak getirmeniz tavsiye edilir.
24
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
DENEY 3.1 ORTAK KAYNAKLI KUVVETLENDİRİCİ DEVRESİ SONUÇ TABLOSU
RMS
Akım
Giriş
Çıkış
Kazanç
Gerilim
VG
VS
DC
DENEY 3.2 ORTAK AKITICILI KUVVETLENDİRİCİ DEVRESİ SONUÇ TABLOSU
RMS
Akım
Giriş
Çıkış
Kazanç
Gerilim
VG
VS
DC
DENEY 3.3 ORTAK KAPILI KUVVETLENDİRİCİ DEVRESİ SONUÇ TABLOSU
RMS
Akım
Giriş
Çıkış
Kazanç
Gerilim
VG
DC
25
VS
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Simülasyon için Proteus programında BF245 yerine BF244 kullanılabilir yada simülasyon Multisim
programı ile yapılabilir.
26
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
DENEY-4
Transistörlü Yükselteçlerin Frekans Analizi
Deneyin Amacı: BJT
yapmak.
transistörlerle yapılan yükselteçlerin alçak ve yüksek frekans analizlerini
Teorinin Özeti: 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 girişve hem de çıkış sinyallerine karşıbir 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-4.1‟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.
27
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Şekil 4.1 Transistörlü yükseltici devresi
Cİ kondansatörü kendisine bağlı eşdeğer dirençle bir RC devresi oluşturmaktadır ve bu devrenin kesim
frekansı;
fL İ =
1
2. π. R İ . Cİ
formülünden hesaplanabilir. Şekil-4.1‟deki devre için Rİ değeri;
Rİ=R1//R2//ßre olarak alınabilir.
CO kondansatörünün neden olduğu kesim frekansı ise;
fL O =
1
2. π. (R O + R L ). CO
ile hesaplanabilir. Burada RO değeri;
RO =RC//rO olarak alınabilir.
CB kondansatörünün etkisi ise;
fL B =
1
2. π. R e . CB
ile özetlenebilir. Re, CB, kondansatörlerine bağlı toplam eşdeğer direnç olup, değeri;
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
28
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
noktasını belirler. Bu noktadan sonra orta frekans bandı gelir ve bu bantta kazanç yaklaşık olarak sabit
kalır(yüksek frekans kesim noktasına kadar).
Şekil-4.2 Tipik bir yükseltecin alçak frekans Bode eğrisi
Şekil-4.2‟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 yanısıra 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
29
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
frekanslarda azalma olarak kendini gösterir. Şekil-4.3‟te transistörün elektrotlar arası kapasitif etkileri
görülmektedir.
Şekil-4.3 Transistörlerde elektrotlar arası kapasiteler
Birçok transistör üreticisi firma, kataloglarda bu kapasite değerlerini verirken Şekil-4.3‟teki semboller
yerine aşağıdaki gösterimleri tercih etmektedir.
CCB=COBO=COB
CBE=CİBO=CİB
CCE=COEO=COE
Bu değerlerden en az etkili olan Cce değeri genellikle kataloglarda verilmez, dolayısı ile etkisi
hesaplamalarda ihmal edilebilir. Yüksek frekansta bu kondansatörlerin etkisini özetlemenin en iyi yolu
Şekil-4.4‟te görülen yükseltecin yüksek frekanstaki eşdeğer devresine bakmaktır. Bu devre Şekil4.1‟de görülen ortak emiterli yükseltecin yüksek frekans eşdeğer devresidir.
Şekil-4.4 : Yükseltecin yüksek frekans eşdeğer devresi
Burada Cİ kondansatörünün değeri;
olarak alınabilir. Cwi giriş devresinde kullanılan kabloların kapasitif etkisidir. CMi ise giriş devresinde
görülen Miller kapasitesidir ve değeri Şekil-4.1‟deki devre için;
alınmalıdır. Co kondansatörü ise;
30
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
değerindedir. Cwo çıkış devresinde görülen kablolama kapasitesidir.. CMo ise çıkış devresinde görülen
Miller kapasitesidir. Değeri ;
olarak alınabilir. Giriş devresinin yüksek frekans kesim değerini bulabilmek için, Cİ kondansatörüne
bağlı dirençlerin toplamına RTh1dersek;
olarak bulunur. Buradan kesim frekansı;
olarak bulunur. Çıkış devresinin kesim frekansı ise;
olmak üzere,
olarak bulunur.
Yüksek frekansta β değerinin değişmesi sonucu üçüncü bir kesim frekansı oluşur. Bu frekansı
bulabilmek için Şekil-4.5‟te görülen hibrit-π veya diğer adı ile Giacoletto modeline bakalım.
Şekil-4.5 : Transistörlü yükselteçlerin yüksek frekans hibrit-π modeli
Transistör β değerinin yüksek frekansla değişimi;
31
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
olarak özetlenebilir. Burada fβ (β‟nın yüksek frekanstaki değişiminden dolayı oluşan kesim frekans
değeri) yukarıdaki eşdeğer devre kullanılarak aşağıdaki gibi bulunabilir.
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-4.7‟de görüldüğü gibi tek bir grafik olarak çizilerek, yükseltecin toplam frekans eğrisi
elde edilmiş olur.
Şekil-4.6 : Tipik bir yükseltecin yüksek frekans Bode eğrisi
32
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Şekil-4.7 : Tipik bir yükseltecin tüm frekans aralığı Bode eğrisi
Deneyin Yapılışı:
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-4.8‟de görülen yükselteç devresini deney seti üzerine kurarak, girişine sinyal
jeneratörünü bağlayınız.
Şekil-4.8 : Yükselteç devresi
33
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
2. Sinyal jeneratörünün çıkışını sinüs konumuna getirerek, frekansını 1KHz ve genliğini
minimum durumda tutunuz. Osilaskobun 1. Kanalını sinyal jeneratörü çıkışına, 2. Kanalını da
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.
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.
AV(mid)= …………………………
5. Şimdi yukarıdaki tabloda bulduğunuz her kazancı AV(mid) değerine bölünüz ve aşağıdaki
tabloya yazınız(AV / AV(mid))
34
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
6. Yukarıdaki tabloda bulduğunuz her AV/AVmid değerinin logaritmasını alarak 20 ile çarpınız ve
sonuçları aşağıdaki tabloya yazınız(20log(AV/AVmid))dB
7. 6. basamakta bulduğunuz değerleri kullanarak yarı logaritmik kağıt üzerine yatay eksende
logaritmik olarak frekans ve dikey eksende dB cinsinden normalize edilmiş kazanç
Ön Hazırlık
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.
4- Bode eğrilerinin okunması ve çizilmesini araştırınız.
Rapor Notları
2. Deney sonuçlarınızı ve yorumlarınızı ön çalışmanıza ekleyiniz.
3. 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.
4. Elde ettiğiniz sonuçlara dayanarak, deneysel yolla ve teorik olarak bulunan frekans eğrilerini
yorumlayınız. Bulduğunuz sonuçlar uyuşuyor mu? Eğer arada fark var ise nedenlerini
tartışınız.
Malzeme Listesi



2 Adet BC238B (1 Yedek)
2 Adet 6,8uF kapasitör, 10uF kapasitör
1K Ω, 2 adet 4.7K Ω, 82K Ω, 270K Ω,
35
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
36
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
DENEY-5
GÜÇ KUVVETLENDİRİCİLERİ
Deneyin Amacı: A, B, AB sınıfı kuvvetlendiricilerin incelenmesi ve gerçeklenmesi.
Teorinin Özeti:
Kuvvetlendiriciler, kuvvetlendirdikleri elektriksel büyüklüğün boyutuna göre gruplanır. Buna göre
gerilim, akım ve güç kuvvetlendiricisi olmak üzere üç grup kuvvetlendirici vardır. Güç
kuvvetlendiricilerinde yüke aktarılan güç önemlidir. Devrede oluşan kayıplar nedeni ile kaynaktan
çekilen gücün tamamı yüke aktarılamaz. Yüke aktarılan güç PY ve kaynaktan çekilen güç PDC ile
gösterilsin. Yüke aktarılan gücün, kaynaktan çekilen güce oranına verim denir ve η ile gösterilir.
Devrede harcanan güç nedeni ile verim %100‟den küçüktür.Güç kuvvetlendiricileri girişteki sinüzoidal
işarete karşılık transistör üzerinden akan akımın akış açısına bağlı olarak sınıflara ayrılır.
A Sınıfı Güç Kuvvetlendiricisi
Şekil-5.1 A sınıfı temel güç kuvvetlendiricisi
A sınıfı çalışmada giriş işaretinin iki yarı periyodu da kuvvetlendirilerek yüke aktarılır (Şekil 5.2).
Şekil-5.2 Q çalışma noktası ve statik ve dinamik yük doğruları
37
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Şekil 5.1‟deki devreyi incelersek:
Yüke aktarılan işaretin maksimum genlikli olabilmesi için çalışma noktasında
VCE= VCC/2 seçilmelidir. Bu durumda çalışma noktasında kollektör akımı IC=VCC/2RL olur.
B Sınıfı Güç Kuvvetlendiricisi
Temel bir B sınıfı güç kuvvetlendiricisi Şekil 5.3‟te verilmiştir. B sınıfı çalışmada çıkış akımının akış
açısı θ =180O dir. Buna göre girişe alternatif bir işaret uygulandığında işaretin bir yarı periyodu
kuvvetlendirilerek yüke güç aktarılmaktadır (Şekil 5.4). Vi = 0 iken akım akmaz. Bu nedenle verim A
sınıfına göre daha yüksektir.
Şekil-5.3 Temel B sınıfı güç kuvvetlendiricisi
38
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Şekil-5.4 İdeal B sınıfı kuvvetlendiricinin yük doğrusu ve alternatif çıkış akım-gerilimleri
B sınıfı çalışmada sadece bir yarı periyot kuvvetlendirildiği için distorsiyon yüksektir. Giriş işaretinin
tümünü kuvvetlendirmek için 2 transistörlü yapı kullanılır (Şekil 5.5).
Şekil-5.5 Push pull B sınıfı kuvvetlendirici
Şekil 8.5‟deki devreyi incelersek:
Vi=0
iken T1 ve T2 kesimdedir, V0=0
Vi>VBE
iken T1 iletimdedir,
Vi<-VBE
iken T2 iletimdedir,
−VBE < Vi < VBE arasında V0 = 0 ‟dır. Bu bozulmaya geçiş (cross-over)distorsiyonu denir. Çıkış
işaretinin maksimum değeri VOM = VCC –VCESAT ‟dır.
39
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
AB Sınıfı Güç Kuvvetlendiricisi
AB sınıfı çalışmada çıkış akımının akış açısı 1800 < θ < 3600 ‟dir. B sınıfı kuvvetlendiricide geçiş
distorsiyonu oluştuğu için bu bozulmayı önleyecek şekilde devreye 2 diyot eklenir. Böylece V i = 0
iken de devreden akım akar. B sınıfı çalışmaya göre distorsiyon daha azdır. Verim ise B sınıfına göre
daha düşüktür.
Deneyin Yapılışı:
Deney 5.1
1. Şekil 5.6‟daki A sınıfı kuvvetlendirici devresini kurunuz ve çalıştırınız. Bu devreyi çalıştırırken
devrenin girişine f=1kHz‟lik 10mV genlikli bir gerilim uygulayınız. Giriş ve çıkış işaretlerini
osiloskop şablonu üzerine çiziniz.
2. Devrenin kazancını ve çıkışta bozulma olmadan girişe uygulayabileceğiniz maksimum giriş
işareti genliğini tespit ediniz ve sonuç sayfasındaki tabloya yazınız.
3. Kırpılmasız maksimum çıkış genliğindeki çıkış akımını hesaplayınız ve sonuç sayfasındaki
tabloya yazınız.
4. Devrenin verimini ölçülen değerlerden hesaplayınız ve sonuç sayfasındaki tabloya yazınız.
Deney 5.2
1. Şekil 5.7‟deki eşlenik transistörlü Push-Pull B sınıfı kuvvetlendiriciyi çalıştırınız. Devre
girişine f = 1kHz‟lik 1V genlikli bir gerilim uygulayınız.
2. Giriş ve çıkış işaretlerini osiloskop şablonu üzerine çiziniz.
3. Maksimum çıkış gerilimi değeri için devrenin verimini ölçülen değerlerden yararlanarak
hesaplayınız ve tabloya yazınız.
Deney 5.3
1. Geçiş distorsiyonu düzeltilmiş AB sınıfı Push-Pull kuvvetlendirici DC kutuplama devresi ile
birlikte gerçeklenecektir. (Şekil 5.8) Giriş ve çıkış işaretlerini osiloskop şablonu üzerine
çiziniz. Devrenin verimini ölçülen değerlerden hesaplayınız ve tablo 5.1‟i doldurunuz.
40
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
Şekil 5.6 A Sınıfı Kuvvetlendirici Deney Devresi
CH1 time/div
CH2 time/div
CH1 volt/div
CH2 volt/div
41
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
Şekil 5.7 B Sınıfı Kuvvetlendirici Deney Devresi
CH1 time/div
CH2 time/div
CH1 volt/div
CH2 volt/div
42
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
Şekil 5.8 AB Sınıfı Kuvvetlendirici Deney Devresi
CH1 time/div
CH2 time/div
CH1 volt/div
CH2 volt/div
43
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Tablo 5.1 Güç Kuvvetlendiricileri Arasındaki Karşılaştırma
A Sınıfı
B Sınıfı
AB Sınıfı
Kırpılmasız maksimum çıkış
gerilimi
Yük akımı
Maksimum verim
Ön Hazırlık
1. Deneyde kuracağınız bütün devrelerin verimini Proteus yardımıyla hesaplayınız.
2. Güç kuvvetlendirici devreleri temelde ne işe yarar ve nerelerde kullanılır?
3. Güç kuvvetlendiricilerin sınıflandırılması neye göre yapılır ve kaç çeşit güç kuvvetlendiricisi
vardır?
4. Bir güç kuvvetlendiricisinin verimini tanımlayınız.
5. Maksimum akım sınırı 500mA; maksimum dayanma gerilimi 40V; VCESAT=0.5V ve β=100
değerleri ile verilen bir transistör kullanarak 100Ω yük direncine 0.5W güç sağlayan bir A
sınıfı güç kuvvetlendiricisi tasarlayınız.
6. Şekil 5.5 deki gibi B sınıfı bir güç kuvvetlendiricisi verilmektedir. Devrenin yük direnci 100Ω
ve besleme gerilimleri ±15V dur. Transistörlerin VCESAT değerleri 0.5V olduğuna göre yüke
aktarılabilecek maksimum gücü hesaplayınız. (VBE=0; β çok büyük ve çıkış gerilimi tam
sinüzoidal varsayınız).
Rapor Notları
Teorik hesabınızın ve deney sonuçlarınızı karşılaştırın ve yorumlayınız.
Malzeme Listesi




1xBC237, 1xBD135, 1xBD136 (1‟er tane yedek getirilmesi tavsiye olunur)
2 adet 1N4001
2 adet 110kΩ, 2 adet 10kΩ, 2 adet 1,5kΩ, 1 adet 24Ω, 4 adet 120Ω (1/2watt), 2 adet 1,2kΩ, 1
adet 2,2kΩ
2 adet 1µf, 1 adet 4.7µf
Not: Deney föyü ve ön çalışması olmayan öğrenci derse alınmayacaktır. Devrenizi önceden
breadboard üzerine kurarak getirmeniz tavsiye edilir.
44
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
DENEY-6
GERİ BESLEMELİ KUVVETLENDİRİCİLER
Deneyin Amacı: Geri beslemeli kuvvetlendirici devre yapısını ve çalışmasını deney yoluyla
öğrenmek. Geri beslemenin kuvvetlendiriciler üzerindeki etkilerini incelemek.
Teorinin Özeti:
Geri beslemeli devreler elektronikte oldukça geniş bir kullanım alanı olan bir konudur. Bir elektronik
devrede, çıkıştan alınan işaretin bir örneğinin aynı fazda veya zıt fazda girişe aktarıldığı devrelere Geri
beslemeli Devreler diyoruz. Giriş işaretine zıt fazda gelen işarete dayalı devrelere negatif geri besleme
devreleri, işleme negatif geri besleme, giriş işaretine eş fazda gelen işarete dayalı devrelere pozitif geri
besleme devreleri, işleme pozitif geri besleme denir. Geri beslemeli sistemin genel blok diyagramı
Şekil 6.1‟de görülmektedir. Vs giriş sinyali, bir karıştırma devresine uygulanır ve bu arada βVo geri
besleme sinyali ile birleştirilir. Bu sinyallerin farkı olan Vi, daha sonra yükseltece giriş gerilimi olarak
uygulanır. Yükselteç çıkışının bir kısmı, giriş karıştırıcı devresine geri besleme sinyalini uygulayan
geri besleme devresine (β) bağlanır.
Şekil 6.1 Geri beslemeli sistemin genel blok diyagramı
Geri beslemeli sisteme ilişkin transfer fonksiyonu:
Burada Ao, geri beslemesiz kuvvetlendirici devresinin kazancı olup aynı zamanda açık çevrim kazancı
olarak da ifade edilir. Af ise Geri beslemeli kuvvetlendirici devresinin kazancıdır. Transfer
fonksiyonunda yer alan βAo (βAo: Döngü Kazancı) büyüklüğüne bağlı olarak sistemden elde edilen
performans farklılık gösterir.
45
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Transfer fonksiyonuna göre eşitliğin paydasındaki βAo terimi incelenecek olursa;
• βAo = 0 ise sistemde geri besleme yoktur.
• βAo > 0 ise sistemde negatif geri besleme vardır.
• βAo < 0 ise sistemde pozitif geri besleme vardır.
• βAo = -1 ise sistem osilasyon yapar.
Transfer fonksiyonuna göre döngü kazancı 1‟den oldukça büyük olması durumunda (βAo>>1) negatif
geri beslemeli kuvvetlendirici devresinin kazancı tümüyle açık çevrim kazancından bağımsızdır.
Pozitif Geri Besleme
|Af| >|Ao|, transfer fonksiyonundaki paydanın modülü 1‟den küçükse pozitif geri besleme söz
konusudur. Pozitif geri besleme bazı özel durumlarda (darbe şekillendiriciler, osilatörler, aktif
süzgeçler) kullanılır. Elde edilen kazanç geri beslemesiz kuvvetlendiriciden elde edilen kazanca göre
yüksektir.
Negatif Geri Besleme
|Af| < |Ao|, transfer fonksiyonundaki paydanın modülü 1‟den büyükse negatif geri besleme söz
konusudur. Negatif geri besleme sistemler üzerinde bazı iyileştirici etkileri olduğundan oldukça sık
karşılaşılan bir uygulamadır. Negatif geri besleme ile elde edilen gerilim kazancı, geri beslemesiz
gerilim kazancına oranla oldukça düşüktür. Ancak bu kazanç kaybına karşılık yüksek bir giriş
empedansı, düşük bir çıkış empedansı, daha kararlı bir kuvvetlendirici kazancı ve daha yüksek bir
kesim frekansı elde etmek mümkündür. Kararlılığın artması ile birlikte aktif devre elemanındaki ısıl
değişimler, zamanla parametrelerdeki değişimler ve gürültülerin etkisi azaltılmış olur. Negatif geri
beslemeli devrelerin iyileştirici etkileri aşağıda özetlenmiştir.
• Daha yüksek giriş empedansı elde edilir. (Uygun bir negatif geri besleme topololojisi ile
sağlanabilir.)
• Daha düşük çıkış empedansı elde edilir. (Uygun bir negatif geri besleme topololojisi ile
sağlanabilir.)
• Frekans cevabı daha iyidir. Band-genişliği arttığından daha geniş bir frekans alanında girişin
kuvvetlenmesi sağlanır. Geri beslemeli ve geri beslemesiz kuvvetlendiricilerden elde edilen kazançfrekans karakteristiği Şekil 6.2‟de verilmiştir.
• Çıkıştaki distorsiyon ve gürültü etkileri negatif geri besleme ile en aza indirilir. (1+βAo) faktörü hem
giriş gürültüsünü hem de sonuçta ortaya çıkan doğrusal olmayan bozulmayı önemli ölçüde azaltarak
46
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
belirgin bir şekilde iyileştirme sağlar. Ancak toplam kazancında azaldığını belirtmek gerekir. Kazancı
geri beslemesiz kazanç düzeyine çıkarmak için ilave katların kullanılması halinde, bu ilave katın
ve/veya katların sisteme, geri besleme yükseltecinin azalttığı kadar gürültü ekleyebileceği bilinmelidir.
• Kararlılık artar. Böylece devreden elde edilen kazanç,
parametrelerdeki değişimlerden bağımsız hale gelir.
ısıl değişimlerden ve zamanla
Şekil 6.2 Geri beslemeli (Af) ve geri beslemesiz kuvvetlendirici (Ao) kazanç-frekans karakteristiği
Geri Besleme Bağlantı Türleri
Geri besleme sinyalini bağlamanın 4 temel yolu vardır. Hem gerilim hem de akım girişe seri ya da
paralel olarak uygulanabilir.
• Seri-gerilim geri beslemesi
• Seri-akım geri beslemesi
• Paralel-gerilim geri beslemesi
• Paralel-akım geri beslemesi
Buna göre gerilim, geri besleme devresine giriş olarak bağlanan çıkış gerilimini, akım, geri besleme
devresinden akan çıkış akımını göstermektedir. Seri terimi, geri besleme sinyalinin, giriş sinyal
gerilimi ile seri şekilde bağlandığını, paralel terimi ise geri besleme sinyalinin giriş akım kaynağına
paralel bağlandığını gösterir.
Geri Beslemenin Giriş ve Çıkış Empedanslarına Etkisi
Seri geri besleme bağlantıları, giriş direncini yükseltme, paralel geri besleme bağlantıları ise giriş
direncini düşürme eğilimi gösterir. Gerilim geri beslemesi çıkış empedansını düşürür, akım geri
beslemesi ise çıkış empedansını yükseltir. Tipik olarak kaskat bağlı yükselteçlerin çoğunda yüksek
giriş ve düşük çıkış empedansı arzu edilir. Geri beslemenin giriş ve çıkış empedanslarına etkisi
aşağıdaki Tablo 6.1‟de özetlenmiştir.
47
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Tablo 6.1 Geri Besleme Bağlantı Türlerine Göre Giriş Ve Çıkış Empedanslarının Hesaplanması
Deneyin Yapılışı:
1. Şekil 6.3‟deki devreyi kurunuz. Girişe 10KHz frekansında 20mV genlikli sinüsoidal gerilim
uygulayınız.
2. Geri beslemesiz devrenin kazancını gözleyiniz.
3. Geri besleme devresini ekleyiniz. Rf nin farklı değerleri için ölçtüğünüz kazanç değerlerini Tablo
6.2‟ye yazınız. Her bir direnç değeri için döngü kazancını (A0) hesaplayınız.
4. Geri beslemesiz devre ve geri beslemeli (üç farklı direnç değeri ile) devrelerin alt ve üst frekansını
deneysel yolla belirleyiniz ve Şekil 6.4 ve Şekil 6.5 üzerine çiziniz.
5. Ölçtüğünüz kazanç değerleri ile hesapladığınız değerleri karşılaştırarak tutarlılığını yorumlayınız.
Şekil 6.3 Deney devresi
48
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
Tablo 6.2 Ölçüm sonuçları
Şekil 6.4 Geri beslemesiz devrenin kazanç eğrisi
Şekil 6.5 Geri beslemeli devrelerin kazanç eğrileri
49
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Ön Hazırlık
1. BC108 transistörünün katalog bilgilerini inceleyip bacak bağlantılarını ve transistörün DC
şartlardaki önemli parametrelerini öğreniniz.
2. Şekil 6.3‟deki geri beslemeli kuvvetlendirici devresinin küçük işaret eşdeğer modelini çiziniz
(Transistörler h-parametreleri ile modellenecektir).
3. Bu devrenin açık çevrim kazancı (Ao), her bir Rf direnci için döngü kazancı (Ao) ve geri beslemeli
devrenin kazancı (Af) değerlerini proteus kullanarak simülasyon verileriyle hesaplayınız. Frekans
analizi kullanarak alt üst kesim frekanslarını bulunuz.
Rapor Notları
Teorik hesabınızın ve deney sonuçlarınızı karşılaştırın ve yorumlayınız.
Malzeme Listesi




2 adet BC108
1 adet 1f, 1 adet 10f
1 adet 180k, 1 adet 27k, 1 adet 10k, 1 adet 1k, 1 adet 270, 1 adet 3.9k, 1 adet 5.6k
1 adet 33k, 1 adet 68k, 1 adet 270k

Not: Deney föyü ve ön çalışması olmayan öğrenci derse alınmayacaktır. Devrenizi
önceden breadboard üzerine kurarak getirmeniz tavsiye edilir.
50
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Simülasyon temsilidir ve yardımcıdır. Aynı görüntünün ön çalışma ve raporda kullanılması kopya muamelesi gerektirir.
51
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
DENEY-7
FARK KUVVETLENDİRİCİLERİ
Deneyin Amacı: Fark kuvvetlendiricisine ait DC ve AC analizlerin yapılarak DC çalışma noktasının
bulunması, ortak işaret ve fark işaret kazancının, ortak zayıflatma oranının bulunması Akım aynasının
kazanca etkisinin incelenmesi.
Teorinin Özeti:
Fark kuvvetlendiricileri genel olarak girişindeki AC işaret farkını yükselten kuvvetlendiricilerdir.
Fark yükselteci devresinin özellikle yüksek kazançlı kuvvetlendiricilerin giriş katı olarak
kullanılmasına neden olan çok yararlı çeşitli özellikleri mevcuttur. Kuvvetlendiricinin simetrik olması
nedeniyle eş özellikli transistörler seçerek oldukça kararlı ve sürüklenmelere dayanıklı devreler
oluşturulabilir. Çıkışta görülmek istenen işaret büyük genlikli bir ortak DC gerilime sahip iki uçtan
gelen işaretin farkı ise bu devre idealdir. OPAMP devreleri de kaskat bağlanmış fark yükselteçleri
kullanarak tasarlanır. Böylece oldukça kararlı ve yüksek kazançlı kuvvetlendiriciler elde edilir.
Şekil 7.1 Temel Fark Kuvvetlendiricisi
Şekil 7.1‟deki fark kuvvetlendiricisi devresindeki transistörlerin çalışma noktalarını bulmak için
DC analiz yapılmalıdır.
DC Analiz
Çıkış akımı ve gerilimlerini bulmak için gerekli olan denklemler aşağıda verilmiştir.
V1  V2  0
VBE  I T R E  VEE  0
52
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
IT 
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
VEE  VBE
RE
I E  I B  I C  (1  )I B
I T  2I E  2I C
IC 
VEE - VBE
2R E
Çıkış Gerilimleri:
V  VBE
Vo1  Vo2  VCC  IC R C  VCC  ( EE
)R C
2R E
Vod  Vo1  Vo2  0
İdeal bir fark kuvvetlendiricisinde girişler “0” iken çıkış gerilimleri arasındaki fark (VOD) “0”
olmalıdır.
AC Analiz
Devrenin AC modeli Şekil 7.2‟de verilmiştir.
Şekil 7.2 Temel Fark Kuvvetlendiricisinin AC Eşdeğer Modeli
Kullanılan transistörler eşdeğer yapıda olduğu için gm1=gm2; rπ1= rπ2 „dir.

IC
g m 
VT

ve
r 
 

gm 
53
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Giriş işaretleri arasındaki farka “giriş fark işareti” denir. Vid ile gösterilir.
Vid  V1  V2
Giriş işaretlerinin ortalama değerine “giriş ortak işareti” denir. Vic ile gösterilir.
Vic 
V1  V2
2
Devrenin çalışmasını ikiye ayırabiliriz.
1- V1 = -V2 haline fark işareti denir.
2- V1 = V2 haline ortak işaret denir.
Giriş İşaretinin Fark İşareti Olması Durumu
V1  V2
V1  Va (t)
V2  Va (t)
Bu durumda Vic ve Vid aşağıda gösterildiği gibi olur.
Vic 
V1  V2
0
2
Vid  V1  V2  2Va (t)
Fark işareti uygulanması durumunda fark kuvvetlendiricisi devresinin eşdeğer modeli Şekil 7.3‟de
verilmiştir.
Şekil 7.3 Girişlere fark işareti uygulanması durumu
54
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
E noktası için:
g  V1  g m V1  g m V2  g  V2  G E Ve

Vid
V
 V1  Ve  0  V1  id  Ve
2
2
Vid
V
 V 2  Ve  0  V 2   id  Ve
2
2
V1  V2  2Ve
(V1  V2 )(g   g m )  G E Ve
(2g   2g m  G E )Ve  0
Burada eşitsizliğin sağlanması için (2g   2g m  G E )  0 olduğundan Ve = 0 olmalıdır.
V1 
Vid
V
 Ve  id
2
2
V 2  
Vid
V
 Ve   id
2
2
Devrenin çıkış gerilimleri aşağıda verilmiştir.
Vo1  g m V1R C  g m R C
Vo2  g m V 2 R C  g m R C
Vid
R V
  C id
2
re 2
Vid R C Vid

2
re 2
Buradaki re değeri transistörün geçiş direncidir ve büyüklüğü re 
VTH
‟dir.
IC
Çıkış fark işareti Vod = V1- V2 olduğuna göre
Vod  
A dd 
R C Vid R C Vid
R

  C Vid olarak bulunur. Fark işaret kazancı (Add) ise aşağıda verilmiştir.
re 2
re 2
re
Vod
Vid

Vic  0
RC
re
55
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Giriş İşaretinin Ortak İşaret Olması Durumu
V1  V2
V1  Vb (t)
V2  Vb (t)
Bu durumda Vic ve Vid aşağıda gösterildiği gibi olur.
Vic 
V1  V2
 Vb (t)
2
Vid  V1  V2  0
Ortak işareti uygulanması durumunda fark kuvvetlendiricisi devresinin eşdeğer modeli Şekil 7.4‟de
verilmiştir.
Şekil 7.4 Girişlere ortak işaret uygulanması durumu
Vic  ib  r  2(1  )R E   Vb (t)
ib 
Vb (t)
r  2(1  )R E
Devrenin çıkış gerilimleri aşağıda verilmiştir.
Vo1  Vo2  i b R C  
R C Vb (t)
R C Vic

r  2(1  )R E
r  2(1  )R E
Çıkış ortak işareti Voc 
Acc 
Voc
Vic

Vid  0
Vo1  Vo2
 Vo1  Vo2 olur. Ortak işaret kazancı (Acc) ise aşağıda verilmiştir.
2
R C
RC

r  2(1  )R E
re  2R E
56
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
İdeal bir fark kuvvetlendiricisinde ortak işaret kazancı (Acc) sıfırdır. Fark işaret kazancının (Add),
ortak işaret kazancına oranına “Ortak İşaret Zayıflatma Oranı (Common Mode Rejection Ratio,
CMRR)” denir. Fark yükselteçlerinin yaygın kullanılan bir performans ölçütü olan CMRR şu şekilde
tanımlanır:
CMRR 
Ad
Ac
Yukarıdaki formülden de görüldüğü üzere CMRR değerinin büyük olması için RE direncini
büyütmek gerekir, ancak RE direnci arttırılırsa aynı IE akımı ile devreyi sürebilmek için gereken
besleme gerilimi değeri çok artacaktır. Bu nedenle devrede RE direnci yerine sabit akım kaynağı görevi
gören akım aynası (Şekil7.5) kullanılır.
(a)
(b)
Şekil 7.5 a.) RE Direnci ile Farksal Kuvvetlendirici
b) RE Direnci Yerine Akım Aynası Kullanılarak Elde Edilen Farksal Kuvvetlendirici
57
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Doğru akım kaynağı küçük işaretler için yüksek direnç göstereceğinden (açık devre gibi
düşünülebilir) akım aynası kullanılan devrede VEE gerilimini arttırmaya gerek olmadan yüksek CMRR
elde edilebilir.
Deneyin Yapılışı:
1. Şekil 7.5.a‟daki devreyi kurunuz. + ve – besleme gerilimlerini dikkatli bağlayınız, DC kaynakların
ve devrenizin toprak bağlantısının neresi olduğuna dikkat ediniz.
2. Devrenin Vi1 ve Vi2 girişlerine fark işareti (a) uygulayınız.
a. Vi1 = 20mVpp 1KHz
Vi2 = 0V
Farksal çıkış gerilimini (Vo1-Vo2) ölçerek kazancı (Add) ölçümlerinize göre bulunuz.
Not: Fark işaretini ölçerken 1 probun 2 ucu çıkış noktalarına bağlanacaktır.
3. Devrenin Vi1 ve Vi2 girişlerine ortak işaret (b) uygulayınız.
b. Vi1 = Vi2 = 20mVpp 1KHz
Ortak çıkış gerilimini (Vo1 veya Vo2 ) ölçerek kazancı (Acc) ölçümlerinize göre bulunuz.
4. Devrenin CMRR oranını ölçüm değerlerinden yararlanarak hesaplayınız ve ilgili tabloyu
doldurunuz.
5. Şekil 7.5.b‟deki devre ile yukarıdaki adımları tekrarlayınız.
Ön Çalışma
1. Şekil 7.5a ve 7.5.b‟ deki fark kuvvetlendiricisinin AC eşdeğer devrelerini ve çalışma prensiplerini
gözden geçiriniz.
2. Şekil 7.5a ve 7.5.b‟ deki devrenin kazanç ifadelerini (Add ve Acc ) ve CMRR değerlerini föyde
verilen bilgileri kullanarak hesaplayınız. Hesaplamalarınız için proteus programı kullanabilirsiniz.
Bu hesapladığınız değerleri deney sonunda bulduğunuz ölçüm sonuçlarıyla karşılaştıracaksınız.
3. Deneyleri Proteus programı ile simüle ediniz ve istenen sonuçları bulunuz.
Not: Teorik hesaplama sırasında akım aynalı yapı için Acc değerini “0” olarak alabilirsiniz.
Rapor Notları Deney sonuçlarınızı ve yorumlarınızı ön çalışmanıza ekleyiniz.
Malzeme Listesi


4 adet BC237
1 adet 22k, 2 adet 12k, 1 adet 11k, 2 adet 10k, 2 adet 1k
Not: Deney föyü ve ön çalışması olmayan öğrenci derse alınmayacaktır. Devrenizi
önceden breadboard üzerine kurarak getirmeniz tavsiye edilir.
58
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
DENEY 7 Sonuç Sayfası
Şekil 7.6 Şekil 7.5.a’ daki Devreye İlişkin Fark Modu ve Ortak Mod Çıkışı
Şekil 7.7 Şekil 7.5.b’deki devreye ilişkin Fark Modu ve Ortak Mod Çıkışı
Tablo 7.1 Farksal kuvvetlendiricinin kazanç ve CMRR ifadelerinin karşılaştırılması
Teorik Hesaplama
Şekil 7.5.a
Şekil 7.5.b
Ad
Ac
CMRR
59
Deneysel Ölçüm
Şekil 7.5.a
Şekil 7.5.b
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
DENEY-8
OPAMP’LI AKTİF FİLTRE UYGULAMASI
Deneyin Amacı: 1. dereceden alçak geçiren filtre, yüksek geçiren filtre ve 2 .dereceden band geçiren
filtrelerin aktif elemanlar ile gerçeklenmesi.
Teorinin Özeti: Elektrik devrelerinde çok kullanışlı yapılar olan analog devrelerin başında filtreler
gelir. Filtre yapıları elektriksel işaretlerin frekans spektrumlarına biçim vermek amacıyla kullanılan
devrelerdir. Pasif R, L, C elemanlarıyla gerçekleştirilen bu devreler aynı zamanda aktif elemanlarla
(transistör, opamp vs.) birlikte sadece R veya C elemanları veya bunların her üçünü birden kullanarak
da gerçekleştirilebilir.
Filtreler elektronik ve haberleşme sistemlerinde oldukça geniş bir uygulama alanı bulmaktadır.
Özellikle, sisteme uygulanan frekanslardan yalnızca istenenlerinin geçirilmesi amacıyla kullanılırlar.
Gerçeklenen transfer fonksiyonunun frekansla değişimine bağlı olarak alçak geçiren, yüksek geçiren,
band geçiren, band söndüren türden filtreler söz konusudur. Kesim frekansı, kalite faktörü, geçirme
bandı kazancı ise önemli filtre parametrelerindendir.
Pasif filtrelerde direnç, kapasite ve bobin kullanılır. RC filtrelerinde transfer fonksiyonunun kökleri
reel olur. Bu tip filtrelerde değer katsayısının küçük olduğu görülür. Büyük kalite faktörü elde edilmek
istendiğinde LC filtreleri kullanmak daha uygun olur. Ancak düşük frekanslarda gerekli bobin
indüktanslarının büyük olması gerekeceğinden hem devrenin kapladığı alan hem de maliyet artar. Bu
nedenle düşük frekanslarda daha çok aktif filtreler tercih edilir.
Aktif filtrelerin en önemli avantajları küçük ve hafif olmalarıdır. Ayrıca güvenirlikleri yüksek, seri
üretim nedeniyle ucuz ve küçük boyutları nedeniyle de parazitleri düşüktür. Buna karşın, aktif
elemanın sonlu band genişliği nedeniyle erişilebilecek kutup frekansları sınırlıdır. Ayrıca filtre
karakteristiğinin keskinliğini belirleyen kalite faktörü ile kutup frekansı ters orantılıdır. Dolayısıyla
optimum bir çözümün bulunması söz konusudur. Bunun dışında aktif filtrelerde, karakteristiklerinin
eleman değerlerindeki değişimlere duyarlığı daha yüksektir ve aktif eleman nedeniyle ayrıca bir
besleme devresi gerektirirler.
Filtre Türünün Tespiti
Genel olarak filtre transfer fonksiyonlarının limitini s   ve s  0 için alarak ne tür filtreye ait
oldukları
bulunabilir. AGF‟nin transfer fonksiyonunu limit işlemi uygulanırsa;
limH AGF ( s)  lim
s 0
s 0
K
K

A
s  wc 0  wc
lim H AGF (s)  lim
s  wc
s  wc
K
K

 0.707A
s  wc wc  wc
K
K

0
s  s  w
  wc
c
lim H AGF ( s)  lim
s 
60
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Burada A filtrenin maksimum kazancıdır. Limit işleminden görüldüğü gibi yüksek frekanslarda
filtrenin kazancı sıfır olmakta, düşük frekanslarda ise maksimum kazanca ulaşmaktadır. Diğer
filtrelerin transfer fonksiyonlarına basit bir limit işlemi ile analiz edilebilir.
Filtre Karakteristikleri
Alçak Geçiren Filtre Karakteristikleri
Alçak geçiren filtre yapısında 0 Hz ile kesim frekansı (
fH
) arasında sabit bir kazanç vardır (genellikle
birim kazanç). Kesim frekansında, alçak frekans kazancı 3 dB azalır. 0 Hz ile kesim frekansı (
fH
)
arasındaki frekanslar band geçirme frekansı, f H ‟dan büyük frekanslar ise band söndürme frekansıdır.
Band söndürme frekansında kazanç oldukça azalır.
(a)
(b)
Şekil 8.1 Alçak Geçiren Filtre Karakteristikleri
a) İdeal Filtre b) Pratik Filtre
Yüksek Geçiren Filtre Karakteristikleri
Yüksek geçiren filtre yapısında kesim frekansından ( f L ) daha büyük frekanslarda sabit bir kazanç
vardır (genellikle birim kazanç). Kesim frekansında, yüksek frekans kazancı 3dB azalır. 0 Hz ile kesim
frekansı ( f L ) arasındaki frekanslar band söndürme frekansı, f L ‟den büyük frekanslar ise band geçirme
frekansıdır. Band söndürme frekansında kazanç oldukça azalır.
61
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Şekil 8.2 Yüksek Geçiren Filtre Karakteristikleri
a) İdeal Filtre b) Pratik Filtre
Band Geçiren Filtre Karakteristikleri
Band geçiren filtre, sadece belirli frekans aralığını geçirir, diğerlerini söndürür. Band geçirme aralığı,
kesim frekansları ( f H , f L ) arasında kalan bölgeyi ifade eder. Filtrenin band genişliği (   f H  f L )
olarak ifade edilir.
Şekil 8.3 Band Geçiren Filtre Karakteristikleri
a) İdeal Filtre b) Pratik Filtre
Filtre Transfer Fonksiyonları ve Devrelerinin Analizi
1.Dereceden Alçak Geçiren Filtre: Birinci dereceden alçak geçiren filtrenin transfer fonksiyonu
aşağıda verilmiştir.
62
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
H AGF ( s) 
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
K
s  wc
Burada K kazanç,
wc
AGF‟nin kesim frekansıdır.
Şekil 8.4‟de verilen alçak geçiren filtrenin analizi yapılıp, transfer fonksiyonu devre elemanlarına bağlı
olarak elde edilmiştir.
Şekil 8.4 Birinci Derece Alçak Geçiren Filtre
1
Vo
R2 C
( s)  
1
Vi
s
R1C
Burada
K
1
R2C
ve
wc 
1
R1C
eşitlikleri bulunabilir.
1. Dereceden Yüksek Geçiren Filtre: Birinci dereceden yüksek geçiren filtrenin transfer fonksiyonu
aşağıda verilmiştir.
H YGF ( s)  K
Burada K kazanç,
wc
s
s  wc
YGF‟nin kesim frekansıdır.
Şekil 8.5‟de verilen alçak geçiren filtrenin analizi yapılıp, transfer fonksiyonu devre elemanlarına bağlı
olarak elde edilmiştir.
63
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Şekil 8.5 Birinci Derece Yüksek Geçiren Filtre
Vo
R
( s)   1
Vi
R2
Burada
K
R1
R2
ve
s
s
wc 
1
R2 C
1
R2C
eşitlikleri bulunabilir.
Band Geçiren Filtre : İkinci derece bir band geçiren filtrenin genel ifadeyle transfer fonksiyonu
aşağıda verilmiştir.
H BGF ( s)  K
s
s 2  s  wo2
Burada K kazanç,

band genişliği ve
wo
BGF‟nin merkez frekansıdır. Band genişliği

wo
Q
olarak
tanımlıdır. Burada Q kalite faktörüdür. Kalite faktörü ne kadar büyük olursa devrenin band genişliği
azalacak, kazancı artacaktır.
Şekil 8.6 Band Geçiren Filtre
64
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN



Vo
1 
1
s

(s)  
1
1 
Vi
R2 C1 
s  R C s  R C 
2 2
1 1 

ya da
1
s
Vo
R2 C1
(s)  
Vi
 1
1 
1
s 
s 2  


 R2 C2 R1C1  R1 R2 C1C2
Burada merkez frekansı ( f0 ) ve band genişliği (  ) aşağıdaki eşitlikler ile bulunabilir.
f0 
1
2 R1R2C1C2

1
2
 1
1 



 R2C2 R1C1 
Filtre Tasarım Kriterleri
Kazanç (Band-pass gain)
Aktif filtreler kullanılarak 1‟den yüksek kazanç elde etmek mümkündür. Birçok aktif filtre yapısı
filtrenin kazancını belirleyen kazanç katsayısı içerirler. Düz band geçirme kazancına sahip filtreler
sıklıkla kullanılır. Bu karakteristiğe sahip filtreler, Butterworth filtre olarak adlandırılır. Diğer bir sınıf
olan Chebyshev filtreler ise band geçirme kazancında dalgalanmaya (ripple, overshoot) sebep olurlar.
Şekil 8.7 Butterworth vs. Chebyshev
65
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Kesim frekansları (Cut-off frequencies)
Kesim frekansları (fH, fL) filtre devresindeki kapasite ve direnç değerleri ile belirlenir.
Frekans eğrisinin düşme eğimi (Roll-off rate)
Frekans eğrisinin düşme eğimi, filtre kazancının band söndürme bölgesindeki değişim oranıdır. Bu
oranın yüksek olması, frekans seçimini iyileştirmesini sağlar. Şekil 8.4‟te de görüldüğü üzere
Chebyshev filtre yapısında bu oran Butterworth filtre yapısına göre daha yüksektir. Frekans eğrisinin
düşme eğimini, filtrenin derecesi belirler. Örneğin, 1. derece filtrede 20dB/decade değerinde bir eğim
varken, 2.derece bir filtrede bu değer 40dB/decade olur.
Kalite Faktörü (Quality Factor)
Band geçiren filtreler için Q (kalite faktörü), merkez frekansın ( f o ), band genişliğine (  ) oranıdır.
Q
fo

Alçak geçiren ve yüksek geçiren filtreler için Q, kutup kalitesini gösterir. Yüksek kalite faktörleri
grafiksel olarak 0 dB çizgisi ile filtrenin kazanç cevabının tepe noktası arasındaki mesafe olarak
gösterilebilir. Q en düşük 1 olarak seçilir.
66
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Deneyin Yapılışı:
Şekil 8.8 (a) 1.Derece Alçak Geç. Filtre Dev . (b) 1.Derece Yüksek Geç. Filtre Dev.
Deney 8.1 Alçak Geçiren Filtre




Şekil 8.8‟de verilen 1. devreyi kurunuz.
Devrenin girişine Vinp-p=20mV uygulayınız. Devredeki Opamp„lar için besleme gerilimleri
±12V‟dur.
Devrenin kesim frekansını bulunuz. Giriş işaretinin frekansını tabloda verilen değerlere göre
ayarlayınız. Osiloskop ekranında gözlemlediğiniz değerlere göre Tablo 8.1‟i doldurunuz.
Elde ettiğiniz değerlere göre kazanç(dB)-frekans eğrisini çiziniz (Şekil 8.10).
Deney 8.2 Yüksek Geçiren Filtre




Şekil 8.8‟de verilen 2. devreyi kurunuz.
Devrenin girişine Vinp-p=20mV uygulayınız. Devredeki Opamp„lar için besleme gerilimleri
±12V‟dur.
Devrenin kesim frekansını bulunuz. Giriş işaretinin frekansını tabloda verilen değerlere göre
ayarlayınız. Osiloskop ekranında gözlemlediğiniz değerlere göre Tablo 2.2‟yi doldurunuz.
Elde ettiğiniz değerlere göre kazanç(dB)-frekans eğrisini çiziniz (Şekil 8.11).
67
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Deney 8.3 Band Geçiren Filtre




Şekil 8.9 2.Derece Band Geçiren Filtre Devresi
Şekil 8.9‟de verilen devreyi kurunuz.
Devrenin girişine Vinp-p=20mV uygulayınız. Devredeki Opamp‟lar için besleme gerilimleri
±12V‟dur.
Devrenin merkez, alt ve üst kesim frekanslarını bulunuz. Giriş işaretinin frekansını tabloda
verilen değerlere göre ayarlayınız. Osiloskop ekranında gözlemlediğiniz değerlere göre Tablo
8.3‟ü doldurunuz.
Elde ettiğiniz değerlere göre kazanç(dB)-frekans eğrisini çiziniz (Şekil 8.12).
Ön Çalışma











Deneye gelmeden önce LM741 katalogunu inceleyiniz.
Deneyleri Proteus ile gerçekleyiniz ve deneyde istenilenleri alınız.
Pasif ve aktif filtre devrelerinin birbirlerine göre avantaj ve dezavantajlarını sıralayınız.
Endüktans elemanının özelliklerini sıralayarak devre içinde kullanımının avantajları ve
dezavantajlarını belirtiniz.
Alçak geçiren filtre devrelerinin uygulama alanlarını araştırınız.
Band geçiren filtre devrelerinin uygulama alanlarını araştırınız.
Band söndüren filtre devrelerinin uygulama alanlarını araştırınız.
Yüksek dereceli alçak geçiren elde etmek için daha düşük dereceli alçak geçiren filtreler nasıl
bağlanabilir?
Alçak geçiren filtre kullanarak band geçiren filtre elde etmek için ne yapılmalıdır,
açıklayınız.
İdeal bir Opamp‟ın giriş ve çıkış dirençleri nedir?
Rapor Notları Deney sonuçlarınızı ve yorumlarınızı ön çalışmanıza ekleyiniz.
Malzeme Listesi

2 adet LM324 veya 4 x LM741 , 2 adet 15k, 2 adet 7.5k, 2 adet 10 nF, 2 adet 4.7 nF
Not: Deney föyü ve ön çalışması olmayan öğrenci derse alınmayacaktır. Devrenizi
önceden breadboard üzerine kurarak getirmeniz tavsiye edilir.
68
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
DENEY 8 Sonuç Sayfası
Tablo 8.1 Alçak Geçiren Filtrenin Kazanç Frekans Eğrisi için Elde Edilen Değerler
Şekil 8.10 Alçak Geçiren Filtre için Kazanç(dB)-Frekans eğrisi
69
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Tablo 8.2 Yüksek Geçiren Filtrenin Kazanç Frekans Eğrisi için Elde Edilen Değerler
Şekil 8.11 Yüksek Geçiren Filtre için Kazanç(dB)-Frekans eğrisi
70
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Tablo 8.8 Band Geçiren Filtrenin Kazanç Frekans Eğrisi için Elde Edilen Değerler
Şekil 8.12 Band Geçiren Filtre için Kazanç(dB)-Frekans eğrisi
71
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
DENEY-9
Temel Opamp Uygulamaları
Deneyin Amacı: Opamp ile temel uygulamalar olan terslendiren (inverting) kuvvetlendirici,
terslendirmeyen (noninverting) kuvvetlendirici, gerilim takipçisi (voltage follower), fark
kuvvetlendiricisi gerçeklenmesi.
Teorinin Özeti:
Terslendiren (Inverting) Kuvvetlendiriciler
Şekil 9.1‟de görülen terslendiren kuvvetlendirici devresi bir geri beslemeli devredir. Geri besleme
sadece R1 direnci ile yapılmıştır. Opamp girişleri arasındaki fark çok küçük olup, bir işaret kaynağı
için opampın (-) girişi 0V potansiyelinde görülür. Bu yüzden (-) girişi ucu görünürde toprak (virtual
ground) olarak adlandırılır. Şekil 9.1 deki Ii akımı toprağa akıyormuş gibi görünür. Fakat toprağa
doğrudan yol olmadığından ve opampın giriş direnci çok yüksek olduğundan dolayı bu akım R 1
üzerinden akacaktır. Bu devreye ait temel bağıntılar aşağıda verilmiştir.
V0=-Ii.R2 = -(Vi/R1)/R2
AV = V0/Vi= -R2/R1
Bu ifadedeki (-) işareti giriş çıkış arasındaki 180° lik faz farkını ifade etmektedir. Bütün pratik amaçlar
için giriş empedansı yaklaşık R2 kabul edilir.
Şekil 9.1 Terslendiren kuvvetlendirici devresi
Terslendirmeyen (Noninverting) Kuvvetlendiriciler
Şekil 9.2‟de terslendirmeyen kuvvetlendirici devresi görülmektedir. Bu devreye ait bağıntılar aşağıda
verilmiştir.
Vi=Vf
Gerilim Kazancı=AC1=V0/Vin=(1+R1/R2)
72
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Terslendirmeyen kuvvetlendirici herhangi bir faz farkı olmadan kuvvetlendirme işlemi yapar ve
yüksek empedanslı bir kaynağı düşük empedanslı bir yükten izole etmek için mükemmel bir tampon
(buffer) görevi yapar.
Şekil 9.2 Terslendirmeyen kuvvetlendirici devresi
Gerilim Takipçisi (Voltage Follower)
Şekil 8.3‟de devre bir gerilim takipçisi olup bu devrede yapılan geri besleme oranı 1‟dir. Dolayısıyla
bu devrenin kazancıda 1 olup sistemin girişi ile çıkışı aynıdır. Bu devre çok yüksek bir giriş ve çok
düşük bir çıkış empedansına sahip olup genellikle yüksek empedanslı işaret kaynaklarını düşük
empedanslı yüklere uyarlamada kullanılır. Devrenin çıkış ifadesi aşağıda verilmiştir.
Vo=Vi
Şekil 9.3 Gerilim takipçisi
Toplayıcı Kuvvetlendiriciler
Şekil 8.1‟deki terslendiren kuvvetlendirici girişi şekil 9.4‟deki gibi iki veya daha fazla çoklu giriş
haline getirilirse sistem bu girişleri toplayan bir kuvvetlendirici olarak çalışır. Buradaki her bir giriş
çıkış işaretlerinin bir bileşeni oluşturacaktır. Şekil 9.4‟deki toplayıcı devresine ait bağıntılar aşağıda
verilmiştir.
V0 = -Rf[V1/R1+V2/R2]
Rf=R1=R2 için;
73
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
V0=-(V1+V2)
Bu tip toplayıcı devreler iki veya daha fazla işaretin cebirsel toplamının elde edilmesi veya işaret
kaynakları arasındaki izolasyonun iyi bir şekilde sağlandığı aynı anda iki veya daha fazla ses işaretinin
birlikte karıştırılması için kullanılır.
Şekil 9.4 Toplayıcı kuvvetlendirici devresi
Fark Kuvvetlendiricisi
Şekil 9.5‟de görülen fark kuvvetlendirici devresinin çıkışı aşağıda verilmiştir.
V0=V2-V1
Eğer istenirse çıkışın direnç oranlarının değiştirilmesi ile girişlerin farkı orantılanabilir. Bu özellik bu
devrenin enstrumentasyon ve işaret işleme uygulamalarında kullanılmasını sağlar.
Şekil 9.5 Fark kuvvetlendirici devresi
74
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Deneyin Yapılışı:
9.1 Terslendiren Kuvvetlendirici Devresinin İncelenmesi


Şekil 9.1 deki terslendirici kuvvetlendirici devresini kurunuz. Giriş işareti olarak Vpp=1V
1KHz‟lik sinüzoidal işaret kullanınız. Gerekli osiloskop ayarlarını yapınız
Devredeki Vi ve V0 işaretlerini osiloskoptan okuyarak gerilim kazancını bulunuz. Giriş ve çıkış
sinyalini ölçüm sayfasındaki Şekil 9.6 üzerine ölçekli olarak çizip kazancı hesaplayınız.
9.2 Terslendirmeyen Kuvvetlendirici Devresinin İncelenmesi



Şekil 9.2 deki devreyi kurunuz. Sistemdeki tüm toprak bağlantılarını bir yerde toplayınız.
Osiloskop ayarlarını AC kuplaj ve time/div‟i 0.5ms/div olarak ayarlayınız.
Devredeki Vi ve V0 işaretlerini osiloskoptan okuyarak giriş ve çıkış sinyalini ölçüm
sayfasındaki Şekil 9.7 üzerine ölçekli olarak çizip kazancı hesaplayınız.
9.3 Gerilim Takipçisi Devresinin İncelenmesi


Şekil 9.3‟deki devreyi kurunuz. Osiloskop ayarlarını yapınız
Devredeki Vi ve V0 işaretlerini osiloskoptan okuyarak giriş ve çıkış sinyalini ölçüm
sayfasındaki Şekil 9.8 üzerine ölçekli olarak çizip kazancı hesaplayınız.
9.4 Toplayıcı Devresinin İncelenmesi


Şekil 9.4‟deki devreyi kurunuz. Bu toplayıcı deneyinde biri AC, diğeri DC iki işaret
toplanacaktır. AC işareti Vpp=1V sinüzoidal işaret seçiniz. DC işaret olarak gerilim
bölücünüzden 5V alınız. Osiloskop ayarlarını yapınız.
Çıkış işaretini osiloskoptan ölçünüz. İki işaretin toplamı olup olmadığını kontrol edip giriş ve
çıkış sinyalini ölçüm sayfasındaki Şekil 9.9 üzerine ölçekli olarak çizip kazancı hesaplayınız.
9.5 Fark Kuvvetlendirici Devrenin İncelenmesi




Şekil 9.5‟deki devreyi kurunuz. V2 gerilimini gerilim bölücü devrenizin V2DC çıkışını 5V
ayarlayarak V1‟i ise gerilim bölücü devreniz vasıtasıyla V1DC çıkışından 1-3V arasında
değerlere ayarlayarak kullanınız.
Voltmetre kullanarak opamp girişleri arasındaki gerilim farkını ölçünüz. Opamp çıkışındaki
ölçeceğiniz değerle karşılaştırarak bu iki değerin aynı olup olmadığını karşılaştırın.
Teorik olarak hesapladığınız değerle ölçtüğünüz değerleri karşılaştırınız.
Bu aşamada V1 gerilimini 5V‟a ayarlayarak çıkış gerilimini tekrar ölçünüz. Sonuçlarınızı tablo
9.1 e kaydederek yorumlayınız.
75
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
Ön Çalışma Bütün deneylerinizi Proteus yardımıyla yaparak istenen değerleri hesaplayınız. Bir ölçüm
sayfası kopyasını doldurunuz.
Rapor Notları Deney sonuçlarınızı ve yorumlarınızı ön çalışmanıza ekleyiniz.
Malzeme Listesi

4 adet 10kΩ, 4 adet 1kΩ, 2 adet 741 opamp. 9V pil ve bağlantı kablosu, 1-10kΩ arası 3 farklı
değerde direnç.
Not: Deney föyü ve ön çalışması olmayan öğrenci derse alınmayacaktır. Devrenizi önceden
breadboard üzerine kurarak getirmeniz tavsiye edilir.
9V Pil ile Gerilim Bölücü Devresi
Gerilim Bölücü Malzeme Listesi

9V Pil ve bağlantı soketi, 7805 entegresi, 2 adet 5K pot ve bağlantı kabloları.
76
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN
DENEY 9 Sonuç Sayfası
Şekil 9.6 Terslendiren Kuvvetlendirici
Şekil 9.7 Terslendirmeyen Kuvvetlendirici
CH1 volt/div =
CH2 Volt/div =
Time/div =
Kazanç =
Şekil 9.8 Gerilim Takipçisi
CH1 volt/div =
CH2 Volt/div =
Time/div =
Kazanç =
Şekil 9.9 Toplayıcı Devresi
CH1 volt/div =
CH2 Volt/div =
Time/div =
Kazanç =
CH1 volt/div =
CH2 Volt/div =
Time/div =
Kazanç =
V1
5V
5V
5V
3V
2V
1V
V2
1V
2V
2,5V
5V
5V
5V
Tablo 9.1 Fark Kuvvetlendirici
77
Çıkış
Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği
Elektronik Laboratuvarı – II
78
2013-2014 Akademik Yılı
Arş.Gör.Tolga ŞEN