Kare dalga üreteçleri-multiVİbratörler


FET’lerin alçak frekans cevabı



Yüklə 345,81 Kb.
səhifə2/7
tarix05.02.2018
ölçüsü345,81 Kb.
#25032
1   2   3   4   5   6   7

2.2.3. FET’lerin alçak frekans cevabı
FET’lerde de BJT’lere benzer bir durum sözkonusudur.


Şekil 1.11 JFET’li yükselteç devresi
CG tarafından belirlenen kesim frekansı:


Burada Ri=RG
CC tarafından belirlenen kesim frekansı:

Burada,



CS tarafından belirlenen kesim frekansı:


FET yükselteçlerde de BJT’ler için elde edilen Bode eğrileri geçerlidir.


1.2.4 Yükselteçlerin yüksek frekans cevabı:
1.2.4.1 Miller kapasitansı
p-n ekleminin bir kapasitansı olduğu bilinmektedir. Bir ortak emetörlü (common emitter-CE) BJT yükselteçte, bu kapasitans yüksek frekanslarda baz-kollektör ekleminde etkin olmaktadır. Ortak kaynaklı (Common source-CS) FET’lerde ise, yine yüksek frekanslarda Geçit-Savak (gate-drain) ekleminde etkin olmaktadır. İşte bu kapasitif etkiye Miller kapasitansı denilmektedir. Bu etki, giriş ve çıkış devrelerini etkilemektedir. Böylece, bu etkiler Miller giriş ve çıkış kapasitansı olarak adlandırılmaktadır.
Miller giriş kapasitansının (C) etkisi, Şekil 1.12’de gösterilmiştir.


Şekil 1.12 Miller giriş kapasitansı
C= (1+|AV|)Cf
Miller giriş kapasitansının miktarı, giriş ile çıkış araındaki içelektrot (interelectrode) kapasitansına ve kazanca (AV) bağlıdır.
Miller çıkış kapasitansı ise Şekil 1.13’de gösterilmektedir.



Şekil 1.13 Miller çıkış kapasitansının gösterimi
: Miller çıkış kapasitansı

Şayet kazanç (AV) 1’den çok büyükse, CMO  Cf alınabilir.


1.2.4.2 BJT’li yükselteçlerin yüksek frekans cevabı
Yüksek frekans durumunda BJT’lerde -3 dB noktasını belirleyen iki faktör vardır: (1) Devre kapasitansı (parazitik ve bağlantı kablolarından dolayı oluşan, (2) hfe ()’nın frekans bağımlılığı.
Şekil 1.14’de BJT’nin parazitik kapasitansları (Cbe, Cbc, Cce) ile bağlantı kablolarının kapasitansları (CW1 ve CW2) gösterilmektedir.



Şekil 1.14 Ortak emetörlü yükseltecin yüksek-frekans cevabı

Şekil 1.15’deki devrenin yüksek frekans modeli Şekil 1.16’da verilmektedir.



Şekil 1.16 BJT’li yükseltecin yüksek frekans modeli
Bu modelde CS, CE ve CC kondansatörleri bulunmamaktadır. Çünkü yüksek frekansta bunların kısa devre olduğu varsayılmıştır.
Giriş devresi için -3 dB kesim frekansı:


Burada,
RTh1 = RS // RB1 // RB2 // Ri
Ci = CW1 + Cbe + C = CW1 + Cbe + (1+|Av|) Cbc
Son deklemdeki, CW1 : Giriş kablolama kapasitansı,

C : Miller giriş kapasitansı


Şekil 1.16’da gösterildiği gibi, yüksek frekanslarda Ci azalacağından; RB1, RB2, Ri ve Ci paralel birleşiminin toplam empedansı da azalacaktır. Sonuçta, Ci uçlarındaki gerilim ve Ib akımı azalır. Net sonuç, sistemin toplam kazancının düşmesidir.
Çıkış devresi için kesim frekansı;


Burada,
RTh2 = Rc // RL
C0 = CW2 + Cce + CM0 = CW2 + Cce +Cbc
Çok yüksek frekanslarda C0 kapasitansı azalacağından, çıkış devresindeki empedans da azalacaktır. Sonuç olarak, V0 da sıfıra doğru azalacaktır.

hfe ya da ’nın frekansa bağımlılığı:
Yükseltecin yüksek kesim frekansının belirlenebilmesi için, hfe ()’nın frekansa bağımlılığını ele almak gerekir. ’nın frekansla değişmesi yaklaşık olarak aşağıdaki ifade ile verilebilir:

Burada, : Baz ve emetör arasındaki iletkenlik

olarak da alınabilir.
Yüksek frekans bölgesinde frekansa bağlı hfe ve hfb değişimleri Şekil 1.17’de gösterilmektedir.

Şekil 1.17 Yüksek frekans bölgesinde frekansa bağlı hfe ve hfb değişimleri.
ÖRNEK:

Yukarıdaki devrede gbe=10-3 S olduğuna göre,



  1. fHi, fHO, f değerlerini hesaplayınız.

  2. Alçak ve yüksek frekans için Bode eğrisini çiziniz.

  3. Sistemin kazanç band genişliğini bulunuz.

ÇÖZÜM:
a)

= 4 pF + 48 pF + (1+90).(1.5 pF)
= 188.5 pF
Burada kullanılan Av değeri Miller kapasitansındaki kazanç değeri ile ilgili olduğundan daha önceki örneğimizde bulduğumuz kazanç değerini kullandık.

RTh2 = Rc // RL = 4 k // 2.2 k = 1.419 k
C0 = CW2 + Cce + CM0 = CW2 + Cce +Cbc = 8 pF + 6 pF + 1.5 pF =15.5 pF

f=3.217 MHz


b) Aşağıdaki şekilde Bode eğrisi verilmektedir. Alçak, orta ve yüksek ferkans bölgelerinde herbir kesim frekansının -6 dB/oktav’lık bir asimptot tanımlamakta ve eğim, kesim frekansından her geçişde -6 dB/oktav artmaktadır.





  1. Band genişliği (BW) = fHi – fLE  fhi = 1.49 MHz.

Daha önce fLE = 309.1 Hz bulunmuştu.


1.2.4.3 FET’li yükselteçlerin yüksek frekans cevabı
BJT’li yükselteçlerin yüksek frekans cevabı için geliştirilen model FET’li yükselteçlere de uygulanabilir.


CW2

CW1

C
CW1 : Giriş kablolama kapasitansı

CW2 : Çıkış kablolama kapasitansı



gd : Savak (akaç) ile geçit arasındaki kapasitans

Cgs : Geçit ile kaynak arasındaki kapasitans

Cds : Savak (akaç) ile kaynak arasındaki kapasitans

G
Çıkış devresi için:


iriş devresi için:





1.2.5 Çok katlı (Multistage) frekans etkileri
Çok katlı yükselteçlerde, her kat kendi frekans cevabına sahip olacaktır. Fakat, bir katın çıkışı bir sonraki katın kapasitansları tarafından etkilenecektir. Bu durum, özellikle yüksek frekanslarda söz konusudur. Örneğin, çıkış kapasitansının (C0) bir sonraki katın giriş Miller kapasitansını (C), bağlantı kapasitansını (CW1) ve parazitik kapasitansı (Cbc) içermesi gerekir. Ayrıca, ikinci kat nedeniyle ilave alçak frekans kesim seviyeleri olacaktır; bu da bu bölgedeki sistemin toplam kazancını daha da azaltacaktır. Bu durum, 3 katlı bir yükselteç sistemi için Şekil 2.18’de gösterilmiştir.


Şekil 1.18 Çok katlı bir sistemin frekans cevabı

2. DC GÜÇ KAYNAKLARI
Bilindiği gibi bütün elektronik cihazlar (radyo, teyp, tv, bilgisayar v.b gibi) çalışmak için bir DC enerjiye gereksinim duyarlar. DC enerji, pratik olarak pil veya akülerden elde edilir. Bu oldukça pahalı bir çözümdür. DC enerji elde etmenin diğer bir alternatifi ise şehir şebekesinden alınan ac gerilimi kullanmaktır. Şebekeden alınan ac formdaki sinüsoidal gerilim, DC gerilime dönüştürülür. Bu işlem için DC güç kaynakları kullanılır. Temel bir DC güç kaynağının blok şeması Şekil 2.1’de görülmektedir. Sistem; doğrultucu, filtre ve regülatör (regulator) devrelerinden oluşmaktadır. Sistem girişine uygulanan ac gerilim (genellikle şehir şebeke gerilimi), bir transformatör yardımıyla istenilen gerilim değerine dönüştürülür. Transformatör çıkışından alınan bu ac gerilim, doğrultmaç devreleri kullanılarak doğrultulur. Doğrultulan gerilim, ideal bir DC gerilimden uzaktır ve az da olsa dalgalanmalar (rıpıl) içerir. Filtre devreleri tam bir DC gerilim elde etmek ve rıpıl faktörünü minimuma indirmek için kullanılır. İdeal bir DC gerilim elde etmek için kullanılan son kat ise regülatör düzenekleri içerir. Sistemi oluşturan blokları sırasıyla inceleyelim.


Transformatör Doğrultmaç Filtre Regülatör

RL

Şekil 2.1 AC gerilimin DC gerilime dönüştürülmesi
2.1 Transformatör

Şehir şebeke gerilimi genellikle 220Vrms/50Hz’dir. Bu gerilim değerini belirlenen veya istenilen bir ac gerilim değerine dönüştürülmesinde transformatörler kullanılır. Bir transformatör silisyumlu özel saçtan yapılmış gövde (karkas) üzerine sarılan iletken iki ayrı sargıdan oluşur. Bu sargılara primer ve sekonder adı verilir. Primer giriş, sekonder çıkış sargısıdır. Primer ile sekonder sargıları arasında fiziksel bir bağlantı yoktur. Bu özellik, kullanıcıyı ve sistemi şehir şebekesinden yalıtarak güvenli bir çalışma sağlar.

Üreticiler çeşitli güç değerlerinde transformatör üreterek kullanıcının tüketimine sunarlar. Bir trafonun gücü artıkça boyutu ve fiyatı da artmaktadır. Enerji kayıpları az olduğundan primerden uygulanan güç, çok az kayıpla sekondere aktarılır. Primer sargıları genellikle 220 Vrms’dir. Sekonder sargıları ise farklı gerilim değerlerinde üretilmektedir. Transformatörlerin primer ve sekonder gerilimleri ve güçleri üzerlerinde etkin değer (rms) olarak belirtilir.

Transformatör seçiminde; primer ve sekonder gerilimleri ile birlikte gücüne de dikkat edilmelidir. Bir güç kaynağının tasarımında kullanılacak transformatörün toplam gücü; trafo üzerinde ve diğer devre elemanlarında harcanan güç ile yükte harcanan gücün toplamı kadardır. Transformatör her durumda istenen akımı vermelidir. Fakat bir transformatörden uzun süre yüksek akım çekilirse, çekirdeğin doyma bölgesine girme tehlikesi vardır. Bu nedenle transformatör seçimine dikkat edilmeli, tasarlanacak DC kaynağının gücüne uygun transformatör seçimi yapılmalıdır. Şekil-2.2’de örnek olarak farklı güçlerdeki bazı transformatör görüntüleri verilmiştir.





Şekil 2.2 Çeşitli güçlerde transformatörler
2.2 Doğrultmaç Devreleri

Şehir şebekesinden alınan ve bir transformatör yardımıyla değeri istenilen seviyeye ayarlanan AC gerilimi, DC gerilime dönüştürmek için ilk adım doğrultmaç devresi kullanmaktır. Doğrultmaç devreleri, yarım dalga ve tam dalga olmak üzere iki tiptir. Yarım dalga doğrultmaç devresi kaliteli bir güç kaynağı tasarımı için yeterli değildir. Çıkış gerilimi düşük ve darbelidir. İyi bir güç kaynağı tasarımında mutlaka tamdalga doğrultmaç devresi kullanılmalıdır. Köprü tipi ve orta uçlu olmak üzere iki tip tamdalga doğrultmaç devresi tasarlanabilir. Tipik bir köprü tipi tamdalga doğrultmaç devresi ve çıkışından alınan dalga biçimi Şekil-2.3’de verilmiştir.




Şekil-2.3 Köprü tipi ve orta uçlu tam dalga doğrultmaç devreleri

Doğrultmaç çıkışından alınan işaretin dalga biçimi, DC işaretten uzaktır ve çeşitli dalgalanmalar (ripple) barındırmaktadır. İşaret üzerindeki dalgalanmaları minimum düzeye indirip tam bir DC gerilim elde etmek amacı ile filtre devreleri kullanılır. Çeşitli tip filtre devreleri (RC, C, LC, π v.b) vardır. En pratik ve ekonomik filtre işlemi kondansatörlerle yapılır. Şekil-2.4’de tamdalga doğrultmaç çıkışından alınan işaret ve filtre işlemi grafiksel olarak gösterilmiştir. Doğrultmaç ve filtre devrelerinin çalışmaları ve özellikleri üzerinde fazla durmayacağız. Bu konuların detayları için analog elektronik ders notlarına müracaat edilebilir.




Şekil-2.4 Köprü tipi ve orta uçlu tam dalga doğrultmaç devreleri
2.3 Filtre Devreleri
Yarımdalga ve tamdalga doğrultmaç devrelerinin çıkışlarından alınan doğrultmuş sinyal ideal bir DC sinyalden çok uzaktır. Doğrultucu devrelerin çıkışından alınan bu sinyal darbelidir ve bir çok AC bileşen barındırır. Elektronik devre elemanlarının tasarımında ve günlük hayatta kullandığımız DC sinyal ise ideal veya ideale yakın olmalıdır. AC bileşenler ve darbeler barındırmamalıdır. Şehir şebekesinden elde edilen doğrultulmuş sinyal çeşitli filtre devreleri kullanılarak ideal bir DC gerilim haline dönüştürülebilir.
Filtreleme eleman tipleri şunlardır:
• RC filtreler

LC filtre

• Π ve T tipi filtreler
En ideal filtreleme elemanları kondansatör ve bobinlerdir.

a-) RC filtre

Şekil-2.5’de komple bir DC güç kaynağı devresi, çıkış işaretinin dalga biçimi ve alabileceği DC değer verilmiştir. Çıkışta filtre amacıyla kullanılan kondansatörün kapasite değeri önemlidir. Büyük değerli kapasiteye sahip kondansatör daha iyi sonuç verir.



Şekil-2.5 Köprü doğrultucu ve RC filtre devreleri

b-) LC Filtre
Doğrultmaç devrelerinde ripıl faktörünü minimuma indirmek için bir diğer alternatif, bobin ve kondansatörden oluşan LC filtre devresi kullanmaktır. Şekil-2.6’da LC filtre devresi görülmektedir.


Şekil-2.6 Tamdalga doğrultmaç devresinde LC filtre
Bu filtre devresinde bobinin endüktif reaktansı (XL) ve kondansatörün kapasitif reaktansından (XC) yararlanılarak filtre işlemi gerçekleştirilir. Böyle bir filtre devresinde giriş ve çıkış işaretlerinin dalga biçimleri Şekil-2.7 üzerinde gösterilmiştir. Çıkış geriliminin alacağı değer ve dalgalılık miktarı aşağıda formüle edilmiştir.

Şekil-2.7 Tamdalga doğrultmaç devresinde LC filtre
c) π ve T Tipi Filtre
LC tipi filtre devreleri geliştirilerek çok daha kaliteli filtre devreleri oluşturulmuştur. Π ve T tipi filtreler bu uygulamalara iyi bir örnektir. Rıpıl faktörünün minimuma indirilmesi gereken çok kaliteli doğrultmaç çıkışlarında bu tip filtreler kullanılabilir. Şekil-2.8’de Π ve T tipi filtre devreleri verilmiştir.


(a) (b)

Şekil-2.8 (a) π ve (b) T tipi filtre devreleri

2.4 Gerilim Regülasyonu ve önemi

Kaliteli bir güç kaynağının yapımında son aşama regülasyon işlemidir. Regülesiz bir güç kaynağı özellikle hassas cihazların beslenmesinde tercih edilmez. Regülesiz bir DC güç kaynağının sakıncaları aşağıda özetlenmiştir.



  • Regülesiz bir güç kaynağından çekilen akım miktarı değiştikçe (ya da) çıkış yükü değiştikçe çıkış gerilimi sabit kalamayarak değişmektedir.

  • Regülesiz kaynağın girişindeki AC gerilimin değişmesi, çıkış DC gerilimin de değişmesine neden olur

  • Regülesiz kaynakta doğrultma işleminde kullanılan yarıiletkenler ısıdan etkilenirler. Dolayısıyla ısıdaki değişimler çıkış DC gerilimini de değiştirebilir.

Belirtilen bu üç kusuru ortadan kaldırmak ve çıkıştaki dalgalanma oranını azaltmak amacıyla gerilim regülasyonu yapılır. Her hangi bir güç kaynağının gerilim regülasyonu (G.R) aşağıdaki gibi formüle edilebilir:


Örnek: Bir DC güç kaynağının çıkış gerilimi boşta (yüksüz: IL=0 A) 12 V ölçülmüştür. Güç kaynağının çıkış gerilimi 10 mA’lik tam yükte ise 11.9 V ölçülmüştür. Kaynağın gerilim regülasyonunu bulunuz?




    1. TRANSİSTÖRLÜ GERİLİM REGÜLATÖRLERİ

Kararlı ve düzenli bir DC gerilim elde etmede ilk adım gerilim regülasyonudur. Gerilim regülasyonu, gerilim regülatörü devreleri kullanarak yapılmaktadır. İlk gerilim regülatörleri zener diyot-transistör ikilisinin kullanılması ile geliştirilmiştir.

Regüle işleminin amacı belli bir elektriksel büyüklüğü dış etkilerden bağımsız olarak sabit tutabilmektir. Bunun için regüle edilecek büyüklük (gerilim veya akım) sürekli olarak ölçülmek zorundadır. Ölçülen bu değer (o andaki değer), olması istenen gerçek değerle karşılaştırılarak regüle işlemi yapılır.

Regüle devrelerinde; olması istenen değer için bir referans gerilimi gereklidir. Bu değer zener diyotlarla sağlanır. Bununla birlikte, zener diyot regüle işlemi için tek başına yeterli değildir. Zener diyotla alınan referans değer, diğer bir takım elektronik devre elemanları ile geliştirilerek regüle işlemi yapılır. Regüle işlemi gerilim için yapıldığı gibi akım içinde yapılabilir. Gerilim regülatörünün karakteristikleri, transistör gibi aktif elemanlar kullanarak önemli ölçüde iyileştirilebilir (dc akım yükseltmesi sağlanması). Transistörlü gerilim regülatörleri seri ve paralel gerilim regülatörleri olarak ikiye ayrılmışlardır. Paralel regülatörde yüke paralel gerilim kontrolü yapılır. Seri regülatörde ise gerilim kontrolü yük ile seri olup akım yolu üzerindedir.


      1. Paralel Gerilim Regülatörleri

Paralel bir standart bir gerilim regülatörü devresi Şekil-2.9’da verilmiştir. Bu devrede; RP direnci ve Q transistörü yardımı ile regüle edilmeye uygun bir gerilim bölücü oluşturulur. Çıkış gerilimi VL=V0, zener geriliminden transistörün VBE eşik gerilimi kadar daha büyüktür. Yani V0=VZ+VBE olur. RP ön direnci, transistörün maksimum akımı ve transistörde harcanmasına izin verilen maksimum güç kaybı aşılmayacak biçimde seçilmelidir.



Şekil-2.9 Paralel Gerilim Regülatörü Devresi

Örneğin zener gerilimi VZ=5.6 Volt, Regülesiz giriş gerilimi VİN=16 Volt değerinde ise, transistörden izin verilen maksimum IC=1A’lik akması halinde Rp direncinin değeri;


olarak elde edilir. Transistörün emiter ile kollektörü kısa devre edilirse, bu durumda giriş geriliminin toplamı Rp direnci üzerinde düşer. Rp direncinde harcanan toplam güç ise;



olarak bulunur. O halde Rp direnci, 25W’lık bir güçle yüklenebilecek şekilde seçilmelidir. Devredeki IK kısa devre akımı ise;



olarak bulunur. Çıkış gerilimi V0, Rp direncindeki gerilimin Vi-VZ farkından büyük oluncaya kadar ve benzer şekilde yüksüz halde IL akımı IC akımından büyük oluncaya kadar kararlı kalır. Daha sonra zener diyotundan akan akım değeri, zener kırılma akımı IZmin değerinden daha küçük olursa kararlılık yok olur. Bu durum aynı zaman da V0 çıkış gerilimi, Vi- (VZ+VBE) olduğunda söz konusudur. Zener akımı IZ=0.02 amper olan bir zener diyodu kullanıldığında RLmin değeri;




= 30 

olur. Burada dikkat edilmesi gereken husus, IZmax değerine transistörün beyz akımının da ekleneceğidir. Bu anda zener diyottan akacak gerçek akım değeri;



olur. Düşük güçlü bir transistörde ß değeri örneğin 50 ise;



olur ve zener gücü;


PZ =VZ·IZ PZ =5.6Vx0.04A PZ =224 mW
elde edilir. Paralel gerilim regülatörleri uygulamalarda pek kullanılmazlar. Çünkü bu tür gerilim regülatörlerinde yüksüz durumda dahi bir güç harcanması söz konusudur. Bu durum önemli bir dezavantajdır. Uygulamalarda bundan dolayı genellikle seri gerilim regülatörleri tercih edilir.
Yüklə 345,81 Kb.

Dostları ilə paylaş:
1   2   3   4   5   6   7




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©www.genderi.org 2024
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə