Kare dalga üreteçleri-multiVİbratörler



Yüklə 345,81 Kb.
səhifə1/7
tarix05.02.2018
ölçüsü345,81 Kb.
#25032
  1   2   3   4   5   6   7




ELEKTRONİK DEVRELER

DERS NOTLARI

Kaynaklar:

1- Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith, "Microelectronic Circuits", 4th ed., Oxford University Press, 1997.


2- M. Sait Türköz, "Elektronik", Birsen Yayınevi, 2004.

3- Robert Boylestad, Louis Nashelsky,  Prentice-Hall Int, , "Elektronik Elemanlar ve Devre Teorisi", Çeviri: MEB basımevi, 2004.

4- Halit Pastacı, “Çözümlü Elektronik Devre Problemleri”, Yıldız Üniversitesi Basımevi, 1991.
5- Mersin Üniversitesi Meslek Yüksekokulu “Güç Kaynakları” ders notları.

Doç. Dr. Bülent ÇAKMAK

Ders içeriği:

I. YÜKSELTEÇLERİN FREKANS CEVABI


  • Desibel kavramı

  • Yükselteçlerin frekans-kazanç eğrileri (Bode diyagramları)

 Yükselteçlerin alçak ve yüksek frekans cevabı

  • Çok katlı yükselteçlerde frekans cevabı

II. REGÜLATÖRLER VE GÜÇ KAYNAKLARI

 Zener diyot ve transistör ile regülasyon



  • Gerilim regülasyonlu güç kaynağı

  • IC gerilim regülatörleri

  • Anahtarlamalı (Switch-mode) güç kaynakları

III. AKTİF FİLTRELER (ACTIVE FILTERS)

 Pasif ve aktif filtreler



  • İkinci dereceden alçak ve yüksek geçiren filtreler

  • Band geçiren ve band durduran aktif filtreler

IV. GERİLİM KONTROLLÜ OSİLATÖRLER VE FAZ KİLİTLEMELİ ÇEVRİM

  • Op-Amp’lı gerilim kontrollü osilatörler (kare ve üçgen dalga üreteçler)

  • 566 fonksiyon üreteci

  • Faz kilitlemeli Çevrim (Phase Locked Loop-PLL) ve uygulamaları

V. GERİ-BESLEMELİ (FEED-BACK) YÜKSELTEÇLER

  • Geri-besleme kavramları

 Geri-besleme bağlantı türleri

VI. YÜKSELTEÇLERDE OSİLASYON KAVRAMI

  • RC osilatörler

  • Wien köprü osilatörler

  • Colpits ve Hartley osilatörler

  • Kristalli osilatörler

I. YÜKSELTEÇLERİN FREKANS CEVABI

BJT ve FET’lerin frekans cevabına konusuna grimeden önce bu devrelerin frekans analizlerinde sıkça karşımıza çıkacak olan desibel kavramı üzerinde öncelikle duralım.



1.1 DESİBEL:

Telefon kullanılmaya başlandığında ilgili kurumlar bir iletim birimi bulmak/kullanmak sorunu ile karşılaşmışlardı. Doğal olarak o zaman iletim ya da haberleşme denince akla çoğunlukla telefon gelmekte idi.

Bu konudaki ilk öneri, Alexander Graham Bell tarafından telefonun bulunmasından iki yıl sonra 1887’de W. H. Pierce tarafından ortaya atılmıştı. O zaman Amerika ve Avrupa’da kullanılmaya başlanan telefon standartları arasında bir uyum yoktu. Amerikalı ve Avrupalı telefon şirketlerinin kendi kıtaları için daha uygun olacağını düşündükleri ve ısrar ettikleri birkaç birim üzerinde uzlaşmalar oldu. Eylül 1927'de İtalya'da tam olarak bir uzlaşma sağlanamasa da iki adet birim üzerinde karar verildi. Birinci birimde "e" doğal logaritmanın tabanını ve üst kuvvetleri oranını temel alan birim ile 10 sayısının güçleri oranını temel alan birim kaldı. Birinci birimde doğal logaritma kullanıldığı için bulucusu John NAIPER onuruna "neper" denmesi önerildi. İkinci birimde ondalık logaritma kullanılıyordu ve bu birime de telefonu bulmuş olan Alexander Graham BELL onuruna "Bell" denilmesi önerildi. İşte desibel sözcüğü buradan doğmuş oldu.

Bir sinyal bir noktadan başka bir noktaya iletilirken bir çok işlemden geçebilir.Bu sinyal kimi zaman kat kat amplifikasyona tabi tutulur kimi zamanda zayıflamalara uğrar. Bu iletişim hattı üzerinde bulunan katların (amplifikatörler, filtreler,  kablolar vs.) bir kazançları ve kayıpları vardır. Bu kazanç ve kayıplar Desibel (dB) ile ifade edilir. Desibel iki güç arasındaki oranın logaritmik ifadesidir. Daha belirgin bir ifadeyle çıkış gücünün giriş gücüne oranının 10 tabanına göre logaritmasının 10 ile çarpımıdır.



Örnek : Bir amplifikatörün girişine 50 W uyguladığımızda çıkışından 250W güç alırsak kazancımız:

Gain ( dB ) =10xlog 250/50 =10xlog 5    =10x0.698    =7 dB kazanç olur.



Örnek : Şayet bir  filtremizin girişine 50 W uyguladığımızda çıkışından 45W güç alıyorsak kaybımız:

Gain ( dB ) =10xlog 45/50   =10xlog 0.9  =10x0.045  = -0.45 dB kayıp olur.


 

Sonuç olarak çıkışın girişe olan oranında  çıkan desibel değeri  pozitif ise kazanç vardır. Sonuç  negatif olduğunda ise ise kayıp vardır denilir. Kazanç birimi olarak desibel amplifikatörlerde ve filtrelerde kullanıldığı gibi elektronik gürültü ölçümlerinde, ses şiddetinde, iki ayrı sinyalin izalosyon ölçümlerinde vs. kullanılır. Anlaşılacağı gibi bu değer mutlak bir ölçüm değeri değil 


logaritmik oransal bir ölçüdür.

Örnek: Bir amplifikatörün girişine uygulanan güç, çıkıştan 4 kat kuvvetlendirildiğini varsayarsak kazancımız ne olur?

Gain ( dB ) =10xlog (Pçıkış/Pgiriş)  =10xlog 4 =10x0.6   = 6 dB kazanç olur.



Örnek: Peşpeşe 3 ayrı amplifikatör ile bir amplifikasyon yapılıyorsa toplam kazanç ne olur? 



Pgiriş

Pçıkış

a katı b katı c katı

Toplam kazancı bulmak için her katın çıkışları dB cinsinden toplanır. Bu arada her bir katın belli bir kazançları olduğunu farz edersek,

Örneğin: a = 2 dB, b= 8 dB ve c= 4 dB

Toplam kazanç= a+b+c = 2+8+4 = 10 dB olur 
 

Örnek: Bir filtrenin girişine 40 W güç uygulandığında filtrenin insertion loss’u (araya girme kaybı) 1 dB ise filtre çıkışından kaç watt elde edilir ?



Örnek:  Bir amplifikatör çıkışı  spectrum analizör ile ölçülmek isteniyor. Analizörün girişine max.100 mW. müsaade edililiyor. Amp.çıkış gücü =10 W. Bu amplifikatörü ölçmek için araya min. kaç desibel bir zayıflatma koymamız  gerekiyor?



dBm  kavramı:

dBm  telekominikasyon sistemlerinde, radyo frekans katlarında kullanılan bir seviye ölçü birimidir.( +) ve ( - ) seviyeler ile ifade edilir. 1 miliwat’a oranlanmış desibel (dBm) miliwatt cinsinden bir gücün ondalık logaritmasının 10 katıdır.


 


veya

dBm= 10*log (Pçıkış/1 mW)

Formülden anlaşılacağı gibi  ( dBm ) mutlak bir güç ifadesi olup oran değildir.( dB ) kazanç ve kaybı ifade ettiği halde  ( dBm ) düzeyi, seviyeyi ifade eder.



Örnek : 100 W.lık bir verici çıkışı kaç dBm eder ?
dbm = 10*log P 
dbm = 10*log 100000 = 10*5 = 50 dBm
       

Örnek : 40 dBm kaç watt eder ?
dbm = 10*log P
   40 = 10*logP 
    4 =  log.P       (4 antilog = 10000  )
       = 10000 mWatt
        = 10 Watt 

Örnek: Bir UHF modülatörün çıkışı  -12 dBm dir. Bu modülatörün çıkışına 20 dB kuvetlendirici konulduğunda çıkış gücü ne olur ?

Çıkış gücü  = modülatör çıkışı + ampl.gain


         =  -12  +20 
         = +8 dBm

8dbm = 10*log P(mW)


0.8    = log. P              ( 08. Antilog =  6.3  )
          =  6.3 mWatt.

Gerilim Kazancı :

Buraya kadar güç kazancı ve güç kaybını inceledik. Ayrıca AC  devrelerde (ses frekans vs.) gerilim kazancı ve kaybı söz konusudur. Bir devrenin çıkış geriliminin giriş gerilime oranının 10 tabanınına göre Logaritmasının 20 ile çarpımı gerilim kazancı ve kaybını belirler.

Çıkış direncinin giriş direncine eşit olması durumunda:

 

veya diğer bir deyişle;



Örnek: Bir cihazın giriş gücü 1000 V’da 10 kW’dır. Çıkış gücü ise, çıkış empedansı 20  iken 500 W’tır. Buna göre;


  1. dB cinsinden güç kazancını bulunuz.

  2. dB cinsinden gerilim kazancını bulunuz

  3. (a) ve (b) şıkkındaki sonuçların neden uyuşup uyuşmadığını bulunuz.


Çözüm: a) GdB=10log(Pç/Pg)=10log(500/10000) = -13.01 dB (kayıp var)
b)
c) Ri=Vg2/Pg = 106/104 = 100 

Görüldüğü gibi giriş direnci 100  olup 20 ’luk çıkış direncinden farklıdır. Bu nedenle a) ve b) şıkkındaki sonuçlar uyuşmamaktadır.



ÖDEV: 40 W çıkışlı bir yükselteç 10 ’luk bir hoparlöre bağlanmıştır.

  1. Güç kazancı 25 dB ise tam güç sağlamak için gereken giriş gücünü bulunuz.

  2. Yükseltecin gerilim kazancı 40 dB ise nominal çıkış için giriş gerilimini hesaplayınız.



1.2 Yükselteçlerin Frekans Cevabı
Analog elektronik dersinde yükselteçlerin orta frekans bandı civarındaki çalışmaları incelenmişti. Bu frekans bandında kuplaj ve köprüleme kondansatörleri AC çalışmada kısa devre edilmişti. Öte yandan, düşük bu kapasitörlerin reaktansında meydana gelen değişme nedeniyle artık kısa devre yaklaşımı kullanılamaz. Yüksek frekanslarda ise aktif elemana (transistöre) ve devreye bağlı kaçak kapasitif etkiler sistemin yüksek frekans tepkisini sınırlayacaktır. Ardışık (kaskat) bağlı bir sistemin kat sayısındaki artış hem alçak hem de yüksek frekans tepkisini sınırlayacktır.
RC kuplajlı, doğrudan-kuplajlı ve transformatör-kuplajlı bir yükseltecin genlik kazanç eğrileri, diğer bir deyişle Bode eğrileri, Şekil 1.1’de verilmektedir. Yatay ölçekte, alçak frekans bölgelerinden yüksek frekans bölgelerine uzanan bir grafik çizebilmek için logaritmik ölçekte verilmektedir.


Şekil 1.1 Yükseltecin frekans kazanç eğrileri (Bode eğrileri); a) RC kuplajlı, b) transformatör kuplajlı, c) Doğrudan kuplajlı.

RC kuplajlı bir yükselteçte düşük frekanslardaki düşüşün nedeni, CC, CS veya CE’nin artan reaktansıdır. RC kuplajlı devrenin yüksek frekans sınırı ise transistörün parazitik kapasitif etkileri ile belirlenir.
Transformatör kuplajlı devrede ise düşük frekanslarda oluşan frekans tepkisi, endüktif reaktansın (XL=2fL) kısa devre etkisinden kaynaklanmaktadır. Yüksek ferakans tepkisi ise, primer ve sekonder sargıları arasındaki kaçak kapasitans tarafından oluşturulmaktadır.
Doğrudan kuplajlı yükselteçte, herhangi bir kondansatör elemanı olmadığı için düşük frekanslarda düşüşe neden olabilecek bir etki de sözkonusu olmayacaktır. Yüksek frekanslarda ise transistörün parazitik kapasitans etkileri bir düşüne neden olmaktadır.
Şekil 1.1’deki devrede nispeten yüksek olan kazancın frekans sınırlarını sabitleştirmek için kazanç kesim seviyesi olarak 0.707*Aorta seçilmiştir. Bunlara karşılık gelen f1 ve f2 frekansları ise kesim (cut-off) frekansları olarak adlandırılır. 0.707 çarpanının seçilme nedeni, bu seviyede çıkış gücünün, orta band güç çıkışının yarısı kadar olmasıdır. Şöyle ki,


Yarım-güç frekansında (Half-Power Frequency / HPF):

Sistemlerin band genişliği f1 ve f2 frekansları ile belirlenir. Buna göre;


Band genişliği (BW) = f2-f1
Haberleşme alanındaki uygulamalarda kazancın frekansa göre desibel olarak grafiği daha kullanışlıdır. Normalize edilmiş kazanç eğrisi, denklem 1’de gösterildiği gibi formülüze edilmiş ve Şekil 1.2’deki gibi gösterilmiştir.
.................................. denklem (1)



Şekil 1.2 Normalize edilmiş kazanç (Bode) eğrisi
Orta band frekanslarında ve kesim frekanslarında dB’dir. Bu durum Şekil 1.3’deki dB eğrisinde gösterilmiştir.

Şekil 1.3 Normalize edilmiş frekans-kazanç (Bode) eğrisinin dB cinsinden grafiği.

2.2.1 RC tepkisi:
Evvela uygulanan frekansın temel bir RC devresi üzerindeki etkisini inceleyelim.

olduğundan çok yüksek frekanslarda kondansatörün reaktansı 0 (sıfır) olurken, çok düşük frekanslarda ise, örneğin f=0 Hz’de,  (sonsuz) olacaktır (Şekil 1.4).


(a) (b) (c)
Şekil 1.4 (a) Temel RC devresi, (b) Çok yüksek frekanslarda yaklaşık eşdeğer, (c) Çok düşük frekanslarda yaklaşık eşdeğer.
Kazanç, Av=V0/Vi oranı Şekil 1.5’deki gibi olacaktır.


Şekil 1.5 RC devresinin kazanç eğrisi.
Çıkış ve giriş gerilimleri arasında şu şekilde bir ilişki vardır:

Xc=R olduğu zaman:

Diğer bir deyişle, Xc=R’yi sağlayan frekansta çıkış, Şekil 1.5’de gösterildiği gibi girişin %70.7’si olacaktır.



f1 frekansı BJT transistöründe alçak frekans kesim frekansını göstermektedir.
Eğer kazanç denklemi aşağıdaki gibi yazılırsa:





Genlik ve faz terimleriyle;



Av’nin genliği V0 ile Vi arasındaki faz açısı

f=f1 olduğu zaman;




dB cinsinden kazanç:


f<1 veya >>1 olan frekanslar için yukarıdaki denklem şu şekilde yazılabilir:







Yukarıda verilen değerleri kullanarak dB cinsinden kazanç-frekans eğrisi Şekil 1.6’daki çizilebilir.

Şekil 1.6 dB cinsinden kazanç-frekans (Bode) eğrisi.
Logaritmik ölçekte çizildiği zaman eğrinin düz bir çizgi şeklinde çıktığı görülmektedir. Bu düz çizgili parçalar asimptotlar olarak adlandırılır. Bununla birlikte f=f1 olduğu zaman orta banda seviyesinden 3 dB’lik bir düşüş olduğu daha önce söylenmişti. Böylece, grafikte gösterildiği gibi çizgi çizgi ile gösterilen gerçek frekans eğrisi elde edilir.
Bu tip eğriler, Bode eğrisi olarak adlandırılır ve Bode eğrisi bir yükseltecin frekans cevabını gösterir. Grafikten, frekansta 1 oktavlık (2 kat daha az) değişmenin kazançta 6 dB’lik bir değişmeye neden olduğu görülmektedir. Frekansta 10 katlık (dekad) bir azalma ise kazançta 20 dB’lik bir değişime neden olmaktadır.


1.2.2 Düşük frekanslarda yükselteç (BJT) cevabı
Şimdi de CS, CC ve CE kondansatörlü bir BJT’nin alçak frekans tepkisini inceleyelim. Şekil 1.7’de böyle bir yükselteç devresi görülmektedir.



Şekil 1.7 Kuplaj ve köprüleme kondansatörlü yükselteç devresi.
CS’nin etkisi:
Yukarıdaki devrede giriş direnci:
Cs tarafından belirlenen düşük kesim frekansı:

Vi gerilimi ile Vs gerilim arasında şu ilişki vardır:



Orta ve yüksek frekanslarda XCS’nin reaktansı çok küçük olduğundan:

CC’nin etkisi:
CC için ac eşdeğer devre;

Şekil 1.8 CC için ac eşdeğer devresi.

Bu durumda kesim frekansı şu formülle ifade edilir.








CE’nin etkisi:
CE kondansatörünün harici eşdeğer devresi;



Şekil 1.9 CE için ac eşdeğer devre.
Burada;
Yukarıdaki Re formülü emetör köprüleme kondansatörü ile belirlenen kesim frekansını tanımlar.

CS, CC ve CE kondansatörlerinin belirledikleri kesim frekanslarının alçak frekanslar için olduğu unutulmamalıdır. Orta frekans bandında bu kondansatörlerin ac eşdeğer devre bulunurken kısa devre edildiği unutulmamalıdır.



ÖRNEK:

Yandaki devrede;

VCC=20 V, =100, R1=40 k, R2=10 k, RC=4 k, RE=2 k, RL=2.2 k, RS=1 k, CS=10 F, CC=1 F ve CE=20 F olduğuna göre alçak kesim frekansını belirleyiniz ve Bode eğrisini çiziniz. Frekans eğrisine karşı gerçek akzanç hesabını yapınız.



ÇÖZÜM:
Thevenin eşdeğerinden düğüm noktasındaki gerilim:

Buradan;




Orta band kazancı şu şekilde verilebilir:

Kazanç,

Zi = R1 // R2 // hie = 1.32 k

Böylece;



CS’nin belirlediği kesim frekansı:


CC’nin belirlediği kesim frekansı:


CE’nin belirlediği kesim frekansı:
=1 k // 40 k // 10 k = 1 k

fLE’nin diğerlerinden oldukça büyük olması, bunun tüm sistemin alçak frekans tepkisinin belirlenmesinde daha ağırlıklı olduğunu göstermektedir. Diğer bir deyişle CC ve CS, yalnızca 100 Hz’in altındaki frekanslarda etkili olacaktır.


Şimdi dB cinsinden kazanç-frekans eğrisini (Bode eğrisi) çizelim.
Orta band kazancı -51.21 bulunmuştu. Orta band bölgesinde |Av/Avorta|dB = 1 olacaktır. Şekil 1.10’da gösterildiği gibi 20log10(51.21/51.21) = 0 dB olacaktır. Kesim frekansında, |Av/Avorta|=0.707*51.21=36.21 olacaktır.

Şekil 1.10 Örnek devre için elde edilen kazanç-frekans (Bode) eğrisi.

Şekil 1.10’da gösterilen Bode eğrisi, herbir kesim frekansında -6 dB/oktav’lık ya da -20 dB/dekad’lık bir asimptot çizerek elde edilir. CE ile tanımlanan kesim frekansının genellikle devre band genişliğini tanımlamak için kullanılan -3 dB noktasını belirleyeceği açıktır. Band genişliği içinde kalan freknaslar için mevcut maksimum gücün en azından yarısı yüke ulaşacaktır.

VS=0.707*Vmax olduğundan;

Gerçek frekans tepkisini çizmek için kullanılan asimptot eğimi -12 dB’e düşmektedir.



Yüklə 345,81 Kb.

Dostları ilə paylaş:
  1   2   3   4   5   6   7




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©www.genderi.org 2023
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə