Ondokuz Mayıs Üniversitesi - Gebze Teknik Üniversitesi

GEBZE YÜKSEK TEKNOLOJĠ ENSTĠTÜSÜ
FEN FAKÜLTESĠ
FĠZĠK BÖLÜMÜ
ELEKTRONĠK II LABORATUVARI
DENEY KILAVUZU
Rf
Vg
R1
C
─
+
Vç
A
ÇıkıĢ
B
C
Hazırlayan: Doç. Dr. Yusuf Yerli
0
ĠÇĠNDEKĠLER
SAYFA NO
NOTLARIN BELĠRLENMESĠ
2
ELEKTRONĠK LABORATUVARI KURALLARI
3
DENEYLER YAPILIRKEN DĠKKAT EDĠLMESĠ GEREKEN NOKTALAR
3
ELEKTRONĠK LABORATUVARI RAPOR YAZIM KILAVUZU
4
ÖRNEK RAPOR KAPAĞI
5
1.
OSĠLATÖRLER
6
2.
FARK YÜKSELTEÇLERĠ
16
3.
DOĞRUSAL TÜMDEVRELER
24
4.
TOPLAMA, ÇIKARMA, TÜREV, ĠNTEGRAL VE KIYASLAYICI
DEVRELER
5.
31
ĠġLEM YÜKSELTEÇLERĠNĠN FREAKANS-KAZANÇ
KAREKTERĠSTĠĞĠ VE KARE DALGA ÜRETECĠ
39
6.
MANTIK DEVRELERĠ
43
7.
ĠKĠLĠ TOPLAMA VE TAM TOPLAYICILAR
57
8.
FLOP-FLOP VEYA TETĠKLEME DEVRELERĠ
61
9.
SAYICILAR
63
10. ĠKĠLĠ-ONDALIK KODLAYICILAR VE LED GÖSTERGELER
1
69
ELEKTRONĠK II LABORATUVARI
Öğretim Üyesi: Doç. Dr. Yusuf YERLİ
Deneyler: Toplam 10 deney yapılacaktır (Deney1-Deney10).
Öğrenciler katılmadıkları sadece bir deneyi yılsonunda, telafi deneyi olarak yapabilirler. Tüm
deneylere katılmıĢ olan öğrencilerden isteyenler, 50’nin altında not aldıkları sadece bir deneyi
notlarını yükseltmek için telafi döneminde tekrar edebilirler.
Notların Belirlenmesi:
1. Devam Zorunluluğu: Her öğrenci vize alabilmek için en az 8 deneye (telafi deneyi
dahil) katılmak zorundadır.
2. Deney Notu: Her deneyden önce ön çalıĢmalarla ilgili sorular sorulacaktır. Ayrıca her
deneyden sonra rapor hazırlama kılavuzunda belirtildiği Ģekilde bir grup raporu
hazırlanacaktır. Öğrencilerin o deneyden alacağı notu, laboratuvar çalıĢması ve rapor
notu
belirleyecektir.
Öğrencilerin
katılmadıkları
deneylerin
notu
sıfır
olarak
belirlenecektir. Yılsonunda deney notu ortalaması, tüm deney notlarının toplanıp 10’a
bölünmesiyle elde edilecektir. Birbirinin kopyası olduğu belirlenen raporlar –10 puan ile
cezalandırılacaktır.
3. Dönemiçi Sınavları: Dönem içinde, deneyler arasındaki bir hafta yazılı bir sınav
yapılacaktır. Dönemiçi sınavının yapıldığı günlerde deney yapılmayacaktır.
4. Dönemsonu Sınavı: Tüm deneyler tamamlandıktan sonra deneylerde elde edilen bilgileri
sınamaya yönelik dönemsonu sınavı uygulamalı olarak yapılacaktır. Bir öğrencinin
dönemsonu sınavına girebilmesi için telafi deneyleri bittikten sonra en az 8 deneye
katılmıĢ olması zorunludur.
5. BaĢarı Notu: Dönemsonu baĢarı notu aĢağıdaki ağırlıklara göre hesaplanacaktır:
Deney notu ortalaması
:%25
Dönemiçi Sınavı
:%25
Dönemsonu Sınavı
:%50 Uygulama
2
ELEKTRONĠK LABORATUVARI KURALLARI
Elektronik Laboratuvarı, öğrencilerin Elektronik bilgilerini pratik yönden geliĢtirmeyi
ve bu konuda yeni bilgiler edinmelerini sağlamak amacıyla hazırlanmıĢtır. Laboratuvar
çalıĢmalarının verimli olabilmesi için deneylerin aĢağıdaki kurallara uygun olarak yapılması
gerekmektedir:
1. Öğrenciler, laboratuvar çalıĢmalarından bir yarar elde edebilmek için yapacakları deneye
iliĢkin kılavuzu önceden mutlaka okumalı ve her deneye hazırlıklı gelmelidir.
Deneylerden önce öğrencilere ön çalıĢmalarla ilgili sözlü sorular sorulacaktır.
2. Deneye ilk 15 dakikada geç gelen öğrenciler uyarılırlar. Ġkinci defa bir deneye geç gelen
öğrenci o deneye alınmaz. Deneye 15 dakikadan daha geç gelen öğrenciler deneye
alınmazlar.
3. Deneylerin süresi 1.5 saat olarak öngörülmüĢtür. Deney süresince laboratuvardan çıkmak
yasaktır. Deneylerini erken bitiren gruplar laboratuvar dersi sona ermeden önce
çıkabilirler.
4. Her deneyin raporu ertesi haftaki laboratuar saatinde mutlaka getirilmelidir. Raporu
getirmeyenler o deneyden sıfır puan almıĢ olurlar.
5. Yönetmelik gereğince öğrenci deneylere %80 oranında devam etmek mecburiyetindedir.
Devam, her deneyde yoklama yapılarak tespit edilecektir.
6. Öğrencinin gelmediği deneyden alacağı not sıfırdır.
7. Öğrencinin yalnızca bir deneyi telafi etme hakkı vardır.
8. Deneyde kullanılacak olan malzeme (elektronik elemanlar, el aletleri, kablolar) deneyi
yaptıracak olan öğretim elemanından sayılarak teslim alınacaktır. Deney sonunda aynı
malzeme eksiksiz olarak geri verilecektir. Gruplar, kaybettikleri veya zarar verdikleri
malzemenin yerine yenisini koymak zorundadır. Bu nedenle deney süresince baĢka
grupların malzemelerini almayınız ve kendi malzemelerinizi baĢka gruplara vermeyiniz.
9. Diğer grupları rahatsız etmemek ve daha olumlu bir çalıĢma ortamı sağlamak için
laboratuvarda mümkün olduğu kadar sessiz çalıĢınız.
DENEYLER YAPILIRKEN DĠKKAT EDĠLMESĠ GEREKEN NOKTALAR:
1. Devreleri kurarken gerilim kaynağı mutlaka kapalı olmalıdır.
2. Devreye gerilim verilmeden önce yapılan bağlantıların doğruluğu kontrol edilmeli.
a. Devrelerin besleme ve toprak hatları doğru olarak bağlandı mı?
b. Besleme gerilimi ve toprak hattı arasında kısa devre oluĢabilir mi?
c. ÇıkıĢ olan bir hatta yanlıĢlıkla giriĢ iĢareti uygulanmıĢ olabilir mi?
d. ÇıkıĢlar yanlıĢlıkla kısa devre edilmiĢ olabilir mi?
e. Bağlantılar, deneyde istenen iĢlemi gerçekleĢtirmek üzere doğru olarak yapıldı mı?
3. Tüm bağlantıların doğruluğundan emin olduktan sonra devreye besleme gerilimi
verilmeli. Eğer devre beklendiği gibi çalıĢmıyorsa hemen besleme gerilimi kapatılarak
devre kontrol edilmeli. Kontrol iĢleminde 2. maddede belirtilen noktalara dikkat edilmeli.
4. Doğru çalıĢtığından Ģüphe edilen elemanların devre ile bağlantıları kesilmeli ve bu
elemanlar ayrı olarak test edilmelidir.
5. Devre üzerinde değiĢiklik yaparken (eleman ekleme/çıkarma, bağlantı değiĢtirme) gerilim
kaynağı mutlaka kapalı olmalıdır.
6. Tüm uğraĢılara rağmen hata bulunamıyorsa laboratuvarda görevli öğretim elemanından
yardım istenmelidir.
3
Elektronik Laboratuvarı Rapor Yazım Kılavuzu
Laboratuvar raporları, bilimsel bir çalıĢmada elde edilen sonuçları sunmak üzere
aĢağıdaki kurallara uygun olarak hazırlanacaktır.
1. Grup elemanları her deneyden sonra ortak bir grup raporu hazırlayacaklardır. Raporlar
beyaz A4 kâğıtlarının tek yüzüne, mümkünse bilgisayar ile ya da okunaklı bir el yazısı ile
yazılarak hazırlanacaktır. Çizimler bilgisayar ya da cetvel kullanarak bir mühendis
özeniyle yapılacaktır.
2. Raporlar bilimsel ve teknik bir anlatım tarzı kullanılarak Türkçe olarak yazılacaktır.
3. Raporlar, deneyi yapan tüm öğrencilerin isimlerinin ve imzalarının yer aldığı tek tip
kapak sayfası ile baĢlayacaktır.
4. Raporlar bir sonraki deneyde mutlaka getirilmelidir. Raporlarınızı deneyi yaptıran
öğretim üyelerine doğrudan vermeyiniz. Teslim zamanından daha geç getirilen raporlar
kabul edilmeyecektir. Eğer teslim tarihi tatil gününe denk geliyorsa tatilden sonraki ilk iĢ
günü rapor teslim edilecektir. Teslim edilmeyen raporların notu sıfır olarak
belirlenecektir.
5. Raporlar aĢağıdaki bölümlerden oluĢacaktır:
 Deney No ve Adı:
 Amaç: Deneyde hangi konuların incelenmesi ve öğrenilmesi amaçlanmaktadır?
 Verilerin değerlendirilmesi: Bu bölümde deneyde kullanılan devre Ģemaları çizilecek ve
veriler tablolar halinde verilecektir. Grafikler çizilecek, hesaplamalar yapılacaktır. Daha sonra
veriler deney kılavuzunda tarif edildiği gibi değerlendirilecektir.
 Sonuçlar: Deneyin her bölümü için elde edilen sonuçlar (tablo, çizim, gözlem) düzgün ve
okunaklı bir Ģekilde yazılacak ve yorumlanacaktır. Eğer deneyde istenmiĢse teorik olarak
beklenen değerler ile deneyde elde edilen sonuçlar karĢılaĢtırılacaktır. Tamamlayamadığınız
bölümler için de beklenen sonuçları yazınız.
 Sorular: Deney kılavuzunda sorulan sorularının cevapları rapora yazılacaktır.
 Yorum ve GörüĢler: Öğrenciler isterlerse deneyle ilgili yorum ve görüĢlerini bu bölüme
yazabilirler.
4
GEBZE YÜKSEK TEKNOLOJĠ ENSTĠTÜSÜ
FĠZĠK BÖLÜMÜ
ELEKTRONİK II LABORATUVARI
DENEY RAPORU
DENEY NO
:
DENEYİN ADI
:
DENEY TARİHİ
:
RAPOR TESLİM TARİHİ :
GRUP NO
:
DENEYİ YAPANLAR
:
Numara
Adı
Soyadı
DENEYİ YAPTIRAN
ÖĞRETİM ELEMANI:
5
İmza
DENEY NO
DENEYĠN ADI
DENEYĠN AMACI
1234-
:EII-1-A
: OSĠLATÖRLER
:
Osilatör prensiplerinin öğrenilmesi.
TitreĢim frekansını kontrol etme metotlarını öğrenme.
Osilatörlerin çıkıĢ sinyalinin geribesleme, faz iliĢkisi ve yükseltme yönünden incelenmesi
RC Faz kaymalı osilatör kullanılarak frekans, faz farkı ve yükseltme iliĢkisinin pratik
olarak anlaĢılmasının sağlanması.
ÖN BĠLGĠ
Osilatörler, belirli frekanslarda alternatif sinyal elde etmeye yarayan elektronik
aygıtlardır. Sinyalin frekansı devrede kullanılan R, L, C gibi elemanların değerlerine bağlıdır.
Osilatörler radyo, TV alıcı ve vericilerinde, radarlarda, bilimsel araĢtırmalarda, endüstride ve
daha pek çok alanlarda kullanılmaktadır.
Bir osilatör, devre içinde elektronların ileri geri hareketleriyle yapılır. Bu olay,
mekanikte kütle-yay veya sarkaç hareketiyle aynıdır. Bir sarkaç, önce dengesi bozularak
harekete baĢlatılır. Eğer sistemde herhangi bir sürtünme yoksa salınım sürekli devam eder.
Ancak, gerçek bir sarkaçta sürtünme yok edilemez ve salınım sönümlü olur. Neticede, genliği
zamanla azalan ve sonunda duran bir salınım elde edilir. Salınımın sürekli olabilmesi için,
sarkaca salınım periyoduyla aynı periyotta bir alternatif kuvvet uygulanmalıdır. Bu kuvvet
gerçekte çok küçüktür ve sürtünmeden doğan kaybın yok edilmesi içindir.
Elektrik salınımlar ki biz buna osilatör diyoruz, benzer Ģekilde meydana gelirler.
Örnek olarak bir paralel LC devresini ele alalım (ġekil 1.1.).
S1
S2
+

C
V
L
ġekil 1.1. LC Tank devresi
Önce anahtarı S1 konumuna alarak C kondansatörünü dolduralım ve anahtarı S2
konumuna alalım. ġimdi V kaynağı devre dıĢı kalmıĢ, sadece L ve C paralel bağlı hale
gelmiĢtir. Kondansatörde biriken yük L bobini üzerinden boĢalacak ve boĢalırken de bobin
etrafında büyüyen bir manyetik alan meydana getirecektir. Kondansatör tamamen boĢaldığı
zaman bobin etrafındaki manyetik alan azalacak ve azalırken de bobin üzerinde ters yönde bir
akım indükleyecektir. Bu akım geri dönerek kondansatör tekrar dolacaktır. Kondansatör tam
dolduğu zaman tekrar bobin üzerinden boĢalacak ve bu hareket sürekli devam edecektir. Tabii
ki bu süreklilik Ģartı, devrede herhangi bir söndürücü eleman olmadığı zaman olabilir ve
böyle bir durum ancak süper-iletken bağlantılarla olabilir. Gerçekte, devredeki bağlantılar,
bobin ve kondansatör üzerindeki ohmik dirençten dolayı güç harcanır ve salınım kısa sürede
söner. Bu devrenin ifadesi,
d 2i
di 1
L 2  R  i  0 Ģeklindedir.
dt C
dt
Birinci ve üçüncü terimler bobin ve kondansatörle ilgilidir. Ġkinci terim, yani direnç terimi
sönüm terimidir. Böyle bir diferansiyel denklemin çözümü bize ġekil1.2 deki grafiği verir.
Görüldüğü gibi salınım zamanla küçülerek yok olmaktadır (Sönüm teriminden dolayı). Bu
grafik akım, gerilim (voltaj) ve yük değiĢimleri için birbirinin benzeridir.
6
V,i,q
t
ġekil 1.2.
Sönüm terimini yok etmek için ya süper iletken bağlantıları kullanılmalı, ya da o
terimi yok edecek değerde bir kaynaktan devre sürekli beslenmelidir. Bir LC paralel tank
devresinin frekansı
1
f
2 LC
ifadesiyle verilir. Devreyi besleyen kaynak frekansı bu değerde olmalıdır. ġimdi, devreye bir
sürücü F(t) kuvveti uygulayalım.
d 2i
di 1
L 2  R  i  F (t )  A sin 2 f t
dt C
dt
F (t )  A sin 2 f t ifadesi sönüm terimine eĢdeğer bir sürücü kuvvet terimidir. Salınımı
sürekli besleyerek sönüm olmasını engeller.
F(t) sürücü kaynağı, her zaman devreye dıĢarıdan bağlanmaz. Yani buna gerek yoktur.
Bunun yerine LC tank devresindeki salınımı bir amplifikatörle (yükseltici) yükseltilir ve bu
yükseltilen salınımın bir kısmını geri tank devresine vererek salınımın devamlı olmasını
sağlarız. Bu iĢleme Pozitif Geri Besleme denmektedir. ġekil 1.3 te böyle bir yükseltici ve geri
besleme akıĢ diyagramı verilmiĢtir.
Geri besleme
Yükseltici
ÇIKIġ
C
L
ġekil 1.3.
OSĠLATÖR ÇEġĠTLERĠ
Bir devrede kullanılan elemanlara, yükseltme ve geri besleme iĢlemlerine bağlı olarak
çeĢitli osilatörler geliĢtirilmiĢtir. Bu osilatörlerden bazıları Hartley osilatörü, tikler bobinli
osilatör, akortlu osilatör, faz kaymalı osilatörler v.s. dir. ÇeĢitli kaynaklarda bu osilatörlerle
ilgili yeterli bilgiler mevcuttur. Biz bu deneyimizde sadece faz kaymalı osilatörü
inceleyeceğiz.
FAZ KAYMALI OSĠLATÖR
7
Bir osilasyonun olabilmesi için iki Ģart olduğunu söylemiĢtik: Yükseltme ve Geri
Besleme. Bu deneyimizde salınım elemanı olarak R ve C kullanılacaktır. Bilindiği gibi seri
bağlı RC devresinde kondansatör ya exponansiyel (üstel) olarak dolar ya da exponansiyel
boĢalır. Paralel LC devresinin aksine bu devrede hiç salınım olmaz. Ancak kondansatörün her
boĢalmasından sonra tekrar dıĢarıdan doldurulmasıyla sürekli bir salınım meydana
getirilebilir. Bu iĢlem yine bir yükselticide uygun fazda geri besleme ile yapılabilir.
C
R
Vi
Vo
ġekil 1.4.
ġekil 1.4 teki RC devresini ele alalım. Vi kaynağı da bir sinüs kaynağı olsun. Devreye
Vi kaynağının uyguladığı gerilim ve R uçlarındaki gerilim arasında aĢağıdaki ifadede verilen
 kadar bir faz farkı mevcuttur. Faz farkı, salınım frekansı, R ve C değerlerine bağlıdır.
X
X
1
veya   arctan C
tan   C 
R
2 fRC
R
ifadesindeki faz farkı, direncin keyfi olarak sıfır yapılamaması yüzünden 90 olamaz.
YaklaĢık 0 ve 90 değerleri arasında değiĢir.
Devrenin bu özelliklerini göz önüne alarak bir yükseltici transistör ile devreyi ele
alalım (ġekil 1.5.). Kullandığımız transistörün bir özelliği olarak baz gerilimiyle kollektör
gerilimi arasında 180 faz farkı olmalıdır.
R1
Rc
Vcc
ÇIKIS
Q1
C2
R2
RE
C1
ġekil 1.5.
Devrede kollektörden gelen geri-besleme sinyali ile baza giden sinyal arasında
X
tan   C 2
R2
faz farkı mevcuttur. Dolayısıyla devre sönümlü giriĢim yaparak salınıma girmez. Fazın 180
olabilmesi için R ve C değerleri öyle seçilir ki faz 60 olsun. Aynı Ģekilde hazırlanmıĢ üç tane
RC devresi ard arda bağlanarak 180 faz farkı elde edilir, ġekil 1.6.
8
RB 1
Rc
Vcc
C1
C2
Q1
C3
R1
RB 2
R2
RE
ÇIKIS
C4
ġekil 1.6.
Devreye eklediğimiz yükseltici, Ortak Emitörlü Yükselticidir. Yani geri besleme,
kollektörden baza doğrudur (ÇıkıĢtan giriĢe doğru). Transistörlü RC osilatör devresinin çıkıĢ
sinyalinin frekansı ve genliği geri besleme hattındaki direnç ve kondansatörlerin değerlerine
bağlıdır. Üç kısımlı salınım devresi R1C1, R2C2, RB2C3 elemanlarından oluĢur. RC çiftleri
öyle seçilmelidir ki her bir halkada faz kayması 60 olsun. Bundan sonra yapılacak Ģey R1 =
R2 = RB2 = Rg (Ortak emitörlü yükseltecin giriĢ empedansı) ve C1 = C2 = C3 elemanlarını
seçmektir. Bu Ģartlar altında salınım frekansı
1
f
4R
2R1C 6  C
R1
olacaktır. Salınımın sürekli olabilmesi için ayrıca yükseltici transfer katsayısının (kazancının)
belirli bir değerin üzerinde olması da gerekmektedir. Bu değer ise,
29 R1 4 RC
hFE  23 

RC
R1
olmalıdır. Yani transistör alternatif akım kazancının bu değerde veya daha yüksek olması
lazımdır. Aksi halde yeterli büyütme ve geribesleme olmayacağından salınım sönümlü
olacaktır.
ARAÇLAR
Güç kaynağı
Osiloskop, Voltmetre
Dirençler: 3x10k, 3.3k, 5.6k, 33k, 5k (Potansiyometre)
Kondansatörler: 3x10nF, 3x4.7nF, 47µF
Transistör: BC238
DENEYLER
RC FAZ KAYMALI OSĠLATÖR
1-ġekil 1.7 deki devreyi kurunuz.
2-Osiloskopla kollektör ve bazdaki dalga Ģekillerini görüntüleyiniz.
3-Frekansı ölçünüz ve Tablo 1.1 e yazınız. Hesapla bulunan değerle karĢılaĢtırınız.
Tablo 1.1
Ölçülen
Frekans
Hesaplanan
9
RB 1
33kohm
Rc
5.6kohm
Vcc
12V
C1
C2
P1
P2
10nF
10nF
ÇIKIS
Q1
C3
BC238BP
P3
10nF
R1
R2
10kohm
10kohm
RB 2
RE
10kohm
3.3kohm
C4
47uF
ġekil 1.7.
4-P1, P2 ve P3 noktalarındaki geri besleme sinyallerinin Ģeklini ve tepeden tepeye genliklerini
ölçerek Tablo 2 yi doldurunuz.
Tablo 1.2
Test
Noktaları
Dalga ġekli
VT-T
P1
P2
P3
5-Lissajous Ģekli yöntemini kullanarak çıkıĢ sinyali ile P1, P2 ve P3 noktaları arasındaki faz
farkını ölçerek Tablo 3 ü doldurunuz.
Tablo 1.3
b
a
  sin 1 b a (Faz açısı)
P1
P2
P3
6- Devre elemanlarından hesapladığınız faz kayması ile ölçtüğünüz faz kaymasını Tablo 4 ü
kullanarak karĢılaĢtırınız.
Tablo 1.4
  arctan X C R (Hesaplanan)
P1
P2
P3
10
Ölçülen
7- Rc direnci yerine 5k luk potansiyometre takarak bunun maksimum ve minimum
konumlarında çıkıĢ dalga Ģeklinin tepeden tepeye değerini ölçünüz.
8- Rc direncini maksimumu konuma alınız ve C1 = C2 = C3 = 4.7nF yaparak çıkıĢ sinyalinin
frekansını yeniden ölçünüz. Yeniden hesaplayacağınız frekans değeri ile karĢılaĢtırınız. Bu
frekans değerini 3.maddede bulduğunuz değerle karĢılaĢtırarak yorumlayınız.
SORULAR
1- Bir osilatör devresi oluĢturmak için gerekli Ģartlar nelerdir?
2- Faz farkı meydana getirmeyen yani çıkıĢı ile giriĢi arasında faz farkı 0 derece olan bir
yükseltici kullanıldığında geri besleme devresinin fazı ne olmalıdır?
3- L = 4mH ve C = 1nF olan bir LC osilatöründe titreĢim frekansı ne olur?
4- Bir RC faz kaymalı osilatör C = 4.7nF veR = 5.6k değerlerine sahipse osilatör frekansı ne
olur?
5- Bir osilatörde geri besleme devresi olarak kullanılan RC faz kaymalı devre iki bölüme
sahip olamaz. Bunun sebebi nedir?
6- Bir osilatörün geri besleme devresi -12 dB’lik bir zayıflatma yaparsa yükselticinin voltaj
kazancı ne olmalıdır?
11
DENEY NO
DENEYĠN ADI
:EII-1-B
: MULTĠVĠBRATÖRLER
KOLLEKTÖRÜ ÇİFTLENMİŞ MULTİVİBRATÖR
DENEYĠN AMACI
: Bir astable(serbest) multivibratörün dalga
incelenmesi, frekansının ölçülmesi.
Ģeklinin
ÖNBĠLGĠ
RC osilatörlere multivibratör diye isimlendirilen yeni bir tip daha ekleyeceğiz.
Multivibratörler, sinüs olmayan dalga üreticileridir. Dalga Ģekilleri kare, üçgen veya testere
diĢi olabilir. Her bir dalga Ģeklinin pek çok yerde geniĢ uygulaması vardır.
Bir multivibratör, rahatlama osilatörüdür. Ya dıĢarıdan herhangi bir uyarı olmaksızın
kendi kendilerini tetikleyerek çalıĢırlar, ya da çalıĢmaları dıĢarıdan bir osilatörle kontrol edilir.
Serbest çalıĢan multivibratörlere astable multivibratörler denmektedir. Bunların frekansları
içten olduğu gibi dıĢarıdan bağlanan senkronizasyon darbesiyle de kontrol edilir.
DıĢarıdan bir kaynaktan uyarılarak çalıĢtırılan multivibratörler gerçekte osilatör
değildir. Bu tip multivibratörlerin iki çeĢidi vardır: Monostable (tek kararlı) ve bistable (flipflop veya tetikleyici). Monostable multivibratörlerin tek bir kararlı hali, bistable
multivibratörlerin iki kararlı hali vardır.
Multivibratörlerde transistör yükseltici olarak kullanılır. Transistörün devreye bağlanıĢ
Ģekline göre bunlar kollektörü veya emitörü çiftlenmiĢ multivibratör ismini alırlar. Bu
deneyimizde biz yalnızca astable (serbest) ve kollektörü çiftlenmiĢ multivibratörü
inceleyeceğiz.
KOLLEKTÖRÜ ÇĠFTLENMĠġ MULTĠVĠBRATÖRÜN ÇALIġMASI
ġekil 1.8 de kollektörü çiftlenmiĢ bir multivibratör verilmiĢtir. Q1 ve Q2 NPN tipi
transistörlerdir. Kollektörler RL1 ve RL2 dirençleri üzerinden VCC kaynak gerilimiyle
beslenmektedir. R1 ve R2 dirençleri ise transistörlerin baz denetlemesi içindir.
ġimdi, Q1 transistörünün kollektörünü C1 kondansatörü yoluyla Q2 nin bazına, Q2 nin
kollektörünü ise, C2 yoluyla Q1 in bazına bağlayalım. Q1 in kollektöründeki herhangi bir
gerilim değiĢmesi C1 yoluyla Q2 nin bazına, Q2 kollektöründeki herhangi bir gerilim
değiĢmesi ise C2 yoluyla Q1 in bazına iletilecektir. Burada C1 ve C2 kondansatörleri
geribesleme iĢini üstlenmiĢtir.
RL1
R2
R1
C1
RL2
C2
Vcc
ÇIKIS 1
Q2
Q1
ÇIKIS 2
ġekil 1.8
Multivibratördeki iki devre birbirlerine göre simetrik seçilmiĢ olsunlar. Yani, Q1 ve Q2
transistörleri aynı tip karakteristiğe sahip, ve C1 = C2, R1 = R2, RL1 =RL2 seçilmiĢ olsunlar.
Transistörün kollektörlerinden VCC gerilimi uygulayalım. Baz uygun denetlemede olduğu için
transistörler iletimde olacaktır. Ancak her iki kollektör akımının birbirinin aynısı olacağını
12
söyleyemeyiz. Ġlk gerilimi uygulama anındaki bu küçük akım farkı Ģimdi anlatacağımız
biçimde devreyi salınıma sürükleyecektir.
Farz edelim ki, Q1 den Q2 ye göre daha fazla akım geçsin. Bu durumda Q1 in
kollektörü Q2 ye göre daha alçak gerilimde olacaktır. Bu gerilim farkı C1 yoluyla Q2 nin
bazına iletilecek ve böylelikle ileri baz gerilimi azalacaktır. Dolayısıyla Q2 nin kollektör akımı
azalacak ve gerilim daha yüksek olacaktır. Bu gerilim değiĢmesi de C2 yoluyla Q1 in bazına
iletilecektir. Q1 in baz akımı artacak ve buna bağlı olarak da kollektör akımı artacak, fakat
kollektör gerilimi azalacaktır. Bu gerilim azalması C1 yoluyla Q2 nin bazına iletilecek ve
iĢlem sırasıyla bu kollektör geriliminin azalıp artması Ģeklinde sürüp gidecektir. Çok kısa
aralıklarla bir transistörün kollektöründen diğerinin bazına giden bu geri besleme darbeleri,
bir transistörü akım doyumu noktasına sürerken diğerinin akımını kesecektir. Örneğin Q1
doyum noktasında iletim yaparken Q2 kesilimde olacaktır. Bu durumda Q1 e açık, Q2 ye de
kapalı diyoruz.
Q1 açık, Q2 kapalı kalma süresi devre elemanlarının belirlediği zaman sabitiyle
belirlenir. Bu değer yaklaĢık olarak C1R2 veya C2R1 kadardır. Bu zaman aralıklarıyla Q1 açık
Q2 kapalı, bir R1C2 kadar sonra da Q1 kapalı Q2 açık olacaktır.
Burada, multivibratör dalga Ģekillerinin nasıl meydana geldiği üzerinde duracağız.
Sadece dalga Ģeklinin periyodik kare dalga benzeri darbeler Ģeklinde olacağını bilelim yeter.
(Bu durum simetrik multivibratör içindir. Simetriklik bozulduğu zaman Ģekilde bozulacaktır.)
Simetrik multivibratörde her iki transistörün açık-kapalı zamanları birbirine eĢittir, (t1 = t2).
Q1 transistörünün kollektöründeki dalga Q2 kollektörüne göre 180 faz ile oluĢur. Yani iki
transistörün dalga Ģekli 180 faz ile oluĢur.
Multivibratörlerin tam bir periyodu T = t1 + t2 dir. Frekans ise bunun tersi, yani
f
1
t1  t 2
olacaktır. Pratik bir ifade olarak t1 ve t2 zaman sabitleri,
t 1  0,707 C1 R 2
ve
t 2  0,707 C 2 R 1
olarak bulunur. 0,707 (-3dB) katsayısı kondansatörün dolma veya boĢalma süresinin %50 sine
ulaĢması için gerekli bir katsayıdır.
SĠMETRĠK OLMAYAN MULTĠVĠBRATÖR
Eğer multivibratör devresinde, her iki zaman sabitini farklı kılacak bir değiĢiklik
yaparsak dalga Ģekli simetrik olmayan (fakat periyodik) bir çıkıĢ elde ederiz. Bu değiĢiklik R1,
R2 ve C1, C2 elemanlarından birinin değeri değiĢtirilerek yapılır. Bunlardan birisinin
değiĢmesiyle zaman sabiti de değiĢecektir. Örneğin; R1=10k, R2=100k ve C1=C2=0.01µF
alalım. C1R2 zaman sabiti C2R1 zaman sabitinden on defa daha fazla olacaktır ve çıkıĢ dalga
Ģekli de simetrikliğini kaybedecektir. Bu multivibratörlerde zaman sabiti, simetrik
multivibratörlerde olanın aksine daha karmaĢık metotlarla bulunacaktır. Onun için frekans
bağıntısını burada vermeyeceğiz. Deneysel sonuçla yetineceğiz.
ARAÇLAR
Güç kaynağı.
Osiloskop.
Dirençler; 0,5 Watt 2 tane 6,8k, 10k, 2 tane 100k ve 500 k değiĢken direnç.
Kondansatörler; 2 tane 0,01F.
Transistör; 2tane BC337 veya eĢdeğeri.
13
DENEYLER
ġekil 1.9 deki devreyi kurunuz.
RL1
R2
R1
RL2
6.8kohm
100kohm
100kohm
6.8kohm
C1
C2
Vcc
6V
0.01uF
0.01uF
ÇIKIS 1
Q2
Q1
ÇIKIS 2
BC337AP
BC337AP
ġekil 1.9.
Tablo 1.5 de verilen test noktalarını gözleyerek uygun yerleri doldurunuz.
Test noktaları
Q1 Kollektörü
Dalga Ģekli
VT-T
Q1 Bazı
Q2 Kolektörü
Q2 Bazı
Tablo 1.5
Multivibratörün frekansını, her iki transistör için ölçerek tabloda ilgili yerlere yazınız. Ayrıca
metinde verilen bağıntıdan hesapladığınız zaman sabiti ve frekansı karĢılaĢtırınız.
Frekans
Ölçülen
Hesaplanan
Tablo 1.6 (a)
Frekans
Ölçülen
Hesaplanan
t1
t2
t1
t2
Tablo 1.6 (b)
SĠMETRĠK OLMAYAN MULTĠVĠBRATÖR
Aynı devrede R2 direnci yerine bir 10k ve buna seri bağlı 500k değiĢken direnç
takınız. DeğiĢken direnci minimum konuma alınız.
14
Güç kaynağını çalıĢtırarak Tablo 3 de verilen test noktalarındaki gözlemlerinizi ilgili
yerlere iĢleyiniz. (Ģekil çizilecek) Multivibratörün frekansını ölçünüz ve kaydediniz.
Test noktaları
Dalga Ģekli
R4 min
R4 max
VT-T
Frekans
Q1 Kollektörü
Q1 Bazı
Q2 Kolektörü
Q2 Bazı
Tablo 1.7
DeğiĢken direnci yavaĢ yavaĢ maksimuma alırken dalgadaki değiĢmeyi gözleyiniz. R4
maksimum iken aldığınız ölçümleri Tablo 1.7 de yerlerine kaydediniz.
SORULAR
1. Multivibratörde PNP transistör kullanarak bir devre de siz çiziniz.
2. Bir astable (kararsız) multivibratörün bazlarındaki ve kollektörlerindeki zamana bağlı
dalga Ģekillerini çiziniz.?
3. Bir astable multivibratördeki karĢılıklı her iki kuplaj kapasitörlerini değeri 2.2nF ve baz
dirençleri 47k dur. TitreĢim frekansı nedir?
15
DENEY NO
:EII-2
DENEYĠN ADI :FARK YÜKSELTEÇLERĠ (DIFFERENTIAL AMPLIFIERS)
DENEYĠN AMACI
: Fark yükselteçlerinin öğrenilmesi ve yükselteçlerde giriĢ-çıkıĢ
iĢaretlerinin gözlenmesi.
ÖN BĠLGĠ:
Fark yükselteçleri (FY) (Differential amplifiers) genellikle doğrudan giriĢli yükseltici
tüm devrelerde kullanılmaktadır. Bu yükselteçlerin yapımı hassasiyet gerektirdiğinden, tüm
devrelerde iyi sonuçlar vermektedir. Fakat ayrı ayrı elemanlarla da iyi sonuç verenler
yapılabilir. Biz bu deneyimizde, ayrı ayrı elemanlarla yapılan fark yükselteçlerini
inceleyeceğiz.
ġekil 2.1 de Ģeması verilen fark yükselteci (kısaca FY diyeceğiz) görüldüğü gibi aynı
tip iki transistörden meydana gelmiĢtir. Ġki ayrı giriĢi ve iki ayrı çıkıĢı vardır. Devre tamamen
simetriktir. Transistörler aynı karakteristiğe sahiptir. Emitör direnci RE her iki direnç için
ortaktır. Kollektör yük dirençleri de eĢittir, RL1 = RL2. Ayrıca her iki giriĢ devresi de birbirinin
aynısıdır (R1 = R2).
+Vcc
RL2
RL1
ÇIKIS 2
ÇIKIS 1
Q1
Q2
R1
R2
RE
V1
V2
-V
EE
ġekil 2.1. Fark yükseltici prensip devresi.
Yükselteçte çıkıĢ sinyali, giriĢ sinyallerinin farkıyla doğru orantılıdır. Orantı katsayısına A
dersek (gerilim kazancı) Vçıkış  A (V1  V2 ) olur. Bu eĢitlikten hemen Ģu iki önemli sonucu
çıkarabiliriz:
a) Her iki giriĢ sinyali aynı fazda ve aynı genlikte ise çıkıĢ SIFIR olur.
Vçıkış  A (V1  V2 )  0
(V1  V2 )
Bu duruma ―Ortak hal iĢlemi‖ (common mode operation) diyeceğiz. Ortak halde giriĢ
sinyalleri devre içinde toplanarak yok edilir ve çıkıĢ yoktur. Fakat gerçekte FY’nin her iki
kısmı tamamen simetrik olamayacağından giriĢ sinyalleri dengelenemez ve küçük genlikte bir
çıkıĢ olur. Bu dengesizliğin baĢka elemanlarla giderilmesi gerekir (OFFSET iĢlemi).
b) Her iki giriĢ sinyalinin genliği eĢit fakat zıt fazda (180 faz) ise (V1 = -V2) çıkıĢ
gerilimi,
Vçıkış  A{(V1  (V1 )}  2V1 A  2V2 A
olacaktır. Bu duruma farklı çıkıĢ hali diyeceğiz (non-common mode operation).
TEK GĠRĠġLĠ FARK YÜKSELTĠCĠ
Bir FY genellikle çift giriĢli olarak kullanılır. Fakat Ģekil 2.2 de görüldüğü gibi tek
giriĢli de yapılabilir. Ayrıca, çıkıĢlar da her iki transistör kollektörüyle toprak arasından
16
alınarak çift yapılabilir. Yükseltecin çalıĢmasını anlayabilmek için önce tek giriĢli FY’yi ele
alalım.
+Vcc
GĠRĠġ 1
RL2
RL1
ÇIKIġ 1
ÇIKIS 1
Q1
ÇIKIS 2
Q2
R1
R2
ÇIKIġ 2
RE
V1
-V
EE
ġekil 2.2. Tek giriĢ-çift çıkıĢ FY.
ġimdi bir sinüs sinyalin giriĢe uygulandığını düĢünelim, ġekil2.2. Q1’in bazı
sürüleceğinden, kollektöründe giriĢ sinyaliyle zıt fazda büyütülmüĢ bir sinyal gözlenecektir
(ÇıkıĢ 1). RE direncinin üst noktasından alınan sinyal, giriĢ sinyaliyle aynı fazda ve yaklaĢık
aynı genlikte bir sinyal olur. Bu sinyal aynı zamanda Q2 transistörünün emitör-baz (toprak)
arasındaki sinyalin görüntüsüdür. Bu sinyalin Q2 transistörünün emitör-baz arasındaki
sinyalden 180 faz farkı olacaktır. Bir transistör için önemli olan baz (base)-emitör eklemi
üzerine düĢen sinyaldir. Dolayısıyla bu sinyal, Q2 tarnsistörünün kollektörüyle büyütülerek
ÇıkıĢ 2’yi oluĢturur. Burada çıkıĢ 2 sinyali ile çıkıĢ 1 sinyalleri zıt fazda ve aynı genliktedir.
Yani tek giriĢli FY, tek giriĢli fakat zıt fazda çift çıkıĢlı bir yükselticidir.
Eğer çıkıĢ sinyalini Q1 ve Q2 kollektörleri arasından alıyorsak bu çıkıĢ, giriĢ sinyaliyle
aynı fazda büyütülmüĢ olacaktır. Bu çalıĢma halinde, yükseltici TERS ÇEVĠRMEYEN
+VCC
RL2
RL1
ÇIKIŞ
Q1
Q2
R1
R2
RE
V1
-VEE
YÜKSELTĠCĠ ve V1 giriĢi de ters çevirmeyen giriĢ olarak isimlendirilir.
17
ġekil 2.3. Ters Çevirmeyen Yükseltici
Eğer Q1 baz direnci topraklanır ve Q2 bazından bir giriĢ sinyali uygulanırsa ve çıkıĢ
sinyalini de Q1 ve Q2 kollektörleri arasından alınırsa, çıkıĢ sinyali giriĢ sinyali ile zıt fazda
(180 faz) büyütülmüĢ olacaktır. Bu duruma TERS ÇEVĠREN YÜKSELTĠCĠ ve Q 1 giriĢine
de ters çeviren giriĢ denmektedir, ġekil 2.4.
+VCC
RL2
RL1
ÇIKIŞ
Q1
Q2
R1
R2
RE
V2
-VEE
ġekil 2.4. Ters çeviren Yükselteç.
FARKLI HAL GĠRĠġĠ (NON-COMMON MODE OPERATĠON)
18
+VCC
ÇIKIŞ
RL2
RL1
Q1
Q2
R1
R2
RE
V1
V2
-VEE
ġekil 2.5. Farklı Hal Yükseltici
FY’nin iki giriĢinden de sinyal uygulandığını düĢünelim. V1 giriĢ sinyali pozitif iken
V2 giriĢ sinyali negatif olsun (zıt fazda, aynı genlikte). Bu iki giriĢ sinyali RE direnci uçlarına
eĢit genlikte zıt fazda ulaĢacaklarından sinyaller burada birbirlerini yok ederler. Q1
kollektöründe oluĢan gerilim V1 ile zıt fazda ve büyütülmüĢ, Q2 kollektöründeki gerilim de V2
gerilimiyle zıt fazda ve büyütülmüĢ olacaktır. Dolayısıyla kollektördeki çıkıĢ sinyalleri zıt
fazlı ve büyütülmüĢ olacaktır. Eğer çıkıĢ, Q1 ve Q2 kollektörleri arasından alınırsa, elde
edilecek sinyalin genliği,
Vçıkış  A{(V1  (V1 )}  2V1 A  2V2 A
olacaktır. ÇıkıĢ sinyalleri, kollektörlerle toprak arasından ayrı ayrı da alınabilir. Tek tek
çıkıĢlar, birbirlerine göre zıt fazda ve eĢit genlikte olur.
Vçıkış1  AV1   AV2
(V1 = -V2)
Vçıkış 2  AV2   AV1
ORTAK HAL ĠġLEMĠ (COMMON MODE OPERATĠON)
FY giriĢlerine aynı sinyali uygulayalım, ġek. 6. RE direnci uçlarında oluĢacak gerilim
aynı fazda olacağından, iki giriĢ sinyalinin toplamı kadar genlikte bir sinyal oluĢur. Bu sinyal
kendisine zıt fazda olan kollektör gerilimini söndürecektir ve o da diğer kollektör gerilimini
söndürecek ve çıkıĢ sinyali alınmayacaktır.
+VCC
RL2
RL1
ÇIKIŞ: 0
Q1
R1
Q2
R2
RE
-VEE
Vg
19
ġekil 2.6. Ortak Hal giriĢi.
ÇıkıĢ sinyali,
Vçıkış  A (V1  V2 )  0
olacaktır.
(V1  V2 )
ORTAK HAL BASTIRMA ORANI (COMMON MODE REJECTION RATIO, CMRR)
Bir FY’de farklı giriĢ halinde yüksek kazançlı çıkıĢ ve ortak giriĢ halinde ise çok
düĢük kazançlı çıkıĢ istenir. Farklılık halinde yükseltici kazancına A FH, ortak hal kazancına da
AOH diyelim. Ortak hal bastırma oranı,
A
CMRR  FH
AOH
olarak verilir. Bu oran FY’nin çalıĢma etkinliğini ve verimini gösteren bir ölçüdür ve çok
büyük olması istenir.
RE DĠRENCĠNĠN FY ÜZERĠNE ETKĠSĠ
Ortak hal giriĢi için RE emitör direnci, söndürücü, ya da negatif geribesleme iĢlemi
yapar. RE direncinin büyümesiyle ortak halde negatif geribesleme de büyür ve sonuçta ortak
hal sinyallerine karĢı bastırma etkisi de artar. Bunun için RE direncinin büyük olması tercih
edilir. Çünkü yukarıda anlatılan sebeplerden dolayı CMRR de artar.
RE direnci istenen büyüklükte yapılamaz, bir üst sınır vardır. Emitör akımını
belirleyen bu dirençtir. Bu akım yaklaĢık olarak
V
I E  EE
RE
olacaktır. RE nin artmasıyla her iki emitör ve kollektör akımı azalır. Ancak bu akım azalması
istenmez. Bunun için çoğu uygulamalarda ġek. 7 de verilen bir Q3 transistörü eklenir. Bu
transistör istenen yüksek akımı verirken büyük direnç gösterir. RE direnci bu uygulamada
küçük tutulur.
+VCC
RL2
RL1
Q1
Q2
R1
V1
Q3
R3
R4
RE
-VEE
ġekil 2.7.
FY DEVRE SEMBOLÜ
20
R2
V2
ġimdiye kadar gösterilen karmaĢık devreler yerine, FY’ler standart yapıda
olduklarından tek bir sembolle gösterilir. ġekil 2.8 de (-) iĢaretli olan ―TERS ÇEVĠREN
GĠRĠġ‖, (+) iĢaretli olan ise ―TERS ÇEVĠRMEYEN GĠRĠġ‖ tir.
Ter s Çeviren
ÇIKIS
2
3
Ter s Çevirmeyen
1
ġekil 2.8. FY devre Sembolü
ARAÇLAR
Çift çıkıĢlı güç kaynağı
Sinyal üreteci, Osiloskop, Voltmetre
Dirençler, 2x1k, 8.2k, 2x10k
Transistör, 2xBC337 ve eĢdeğeri
Transformatör, 2x12 Volt ac
DENEYLER
I- TEK GĠRĠġLĠ FARK YÜKSELTĠCĠ
1- ġekil 2.9 daki devreyi kurunuz.
2- VCC gerilimini 10 V yapınız.
3- Voltmetre ile Q1 (veya Q2) kollektörüyle toprak arasındaki gerilim 5 Volt oluncaya kadar
VEE’yi (9 Volt civarında) ayarlayınız. (Eğer 5 volt olmuyorsa Vcc kaynağını da
değiĢtirebilirsiniz.),
4- Sinyal üretecinden çok küçük genlikli ( 50mVT-T) bir sinüs sinyali giriĢe uygulayınız.
5- Osiloskopla giriĢ sinyalini ölçerek kaydediniz (Tablo 1).
6- Osilioskop giriĢlerini Q1 ve Q2 kollektörleri ile toprak arasına bağlayarak her iki çıkıĢ
sinyalini gözleyiniz. Tepeden tepeye genlikleri ve faz farklarını ölçerek Tablo 1 de yerlerine
yazınız. Faz ölçümü için Lissajous yöntemini kullanabilirsiniz.
7- Yine osiloskopla her iki transistorün baz sinyallerini gözleyerek Tablo 1 de yerlerine
yazınız. RE direncinin ucundaki sinyalin genliğini ölçerek giriĢ sinyaliyle karĢılaĢtırınız.
8- Her iki çıkıĢ gerilim kazancını hesaplayarak yine Tablo 1’e yazınız.
9- ġimdide osiloskobun tek bir kanalıyla çıkıĢ 1 ve çıkıĢ 2 arası gerilim farkını ölçerek bu
durum için kazancı bulunuz. Öteki bulduğunuz kazançla karĢılaĢtırınız.
RL1
RL2
10kohm
10kohm
10V
V cc
ÇIKIS 1
Q1
BC337AP
ÇIKIS 2
Q2
BC337AP
9V
R1
R2
1kohm
1kohm
RE
50mV 1kHz 0Deg
8.2kohm
V1
21
V EE
ġekil 2.9.
Tablo2.1
GiriĢ
Baz 1
ÇıkıĢ 1
Baz 2
VRE
ÇıkıĢ 2
Faz
Kazanç
ġekil
VT-T
X
ÇıkıĢ 1 için
ÇıkıĢ 1-ÇıkıĢ 2
arası
ÇıkıĢ 2 için
II- FARKLI GĠRĠġ HALĠ
Masanızda bulunan transformatörle ġekil 2.10’daki değiĢikliği yapınız.
Transformatörün Ģekildeki gibi bağlanmasının sebebi 1 ve 2 giriĢlerinde 180 faz farkı olan
sinyallerin oluĢumunu sağlamaktır.
Birinci deneydeki sırayı takip ederek Tablo 2.2’yi doldurunuz. Tek giriĢli FY ile farklı
giriĢli FY arasındaki en belirgin farkları maddeler halinde özetleyiniz.
RL1
RL2
10kohm
10kohm
10V
V cc
ÇIKIS 1
Q1
ÇIKIS 2
Q2
BC337AP
BC337AP
9V
R1
R2
1kohm
1kohm
1
V EE
RE
8.2kohm
50mV 1kHz 0Deg
2
Vg
ġekil 2.10.
Tablo 2.2
GiriĢ
Baz 1
ÇıkıĢ 1
Baz 2
VRE
ÇıkıĢ 2
Faz
VT-T
Kazanç
ġekil
X
ÇıkıĢ 1 için
ÇıkıĢ 2 için
ÇıkıĢ 1-ÇıkıĢ 2
arası
III- ORTAK GĠRĠġ HALĠ
22
Devrenin giriĢ kısmından transformatörü sökerek ġekil 2.11 deki değiĢikliği yapınız.
Sinyal üreteci 1kHz, maksimum 50mVT-T olacaktır. Tablo 2.3’te istenen ölçümleri yaparak
tabloyu doldurunuz.
RL1
RL2
10kohm
10kohm
V cc
10V
ÇIKIS 1
Q1
ÇIKIS 2
Q2
BC337AP
BC337AP
9V
R1
R2
1kohm
1kohm
V EE
REE
8.2kohm
50mV 1kHz 0Deg
Vg
ġekil 11.
Tablo3
GiriĢ
Baz 1
ÇıkıĢ 1
Baz 2
VRE
ÇıkıĢ 2
Faz
VT-T
ġekil
X
ÇıkıĢ 2 için
ÇıkıĢ 1-ÇıkıĢ 2
arası
Kazanç
ÇıkıĢ 1 için
23
DENEY NO
DENEYĠN ADI
DENEYĠN AMACI
: EII-3
:DOĞRUSAL TÜMDEVRELER (LINEER INTEGRATED
CIRCUITS, IC)
: Doğrusal Tümdevrelerin tanıtılması.
ÖN BĠLGĠ:
Çok büyük bir hızla geliĢen elektronik ve yarı-iletkenler teknolojisi, oldukça büyük ve
karmaĢık devrelerin yapımını zorunlu kılmıĢtır. Özellikle bilgisayar endüstrisinde, 1950’lerin
tüplerle yapılmıĢ, dört iĢlemi güç bela yapabilen birinci nesil dev bilgisayarlarla mukayese
edildiğinde, hacim küçülmesinde, karmaĢıklıkla ve iĢlem sayısı ve hızında akıl almaz bir
ilerleme olmuĢtur. Ġkinci nesil bilgisayarlarda hacim biraz küçülmüĢ, iĢlem kapasitesi ve hız
artmıĢtır, ancak bunlar da hala çok büyük ve yavaĢtır. Bu nesil bilgisayarlar transistör ve
diyotlardan yapılmaktaydı. Üçüncü nesil bilgisayarların esas elemanları IC’ler transistörlerle
ve diğer klasik devre elemanlarıyla yapılabilecek bir masa büyüklüğündeki devreleri bir toplu
iğne baĢı kadar alana sığdırarak yapılırlar.
IC’ler yalnız bilgisayarlarda değil, haberleĢme, radyo, TV, vs. gibi çeĢitli endüstri
alanlarında da yaygın olarak kullanılmaktadır. Daha önceki deneylerimizde gördüğümüz
çeĢitli yükselticiler, örneğin, daha çok daha verimli ve daha küçük olarak imal edilmektedir.
Bir tümdevre, aktif ve pasif elemanların bir bütün halinde özel tekniklerle küçük bir
alana yerleĢtirilmesiyle oluĢmuĢlardır. Aktif elemanlar; transistörler ve diyotlar, pasif
elemanlar ise dirençler ve kondansatörlerdir. Bir tümdevre artık ayrı-ayrı elamanlar olarak
değil, bir bütün halinde adlandırılır ve kullanılır.
Bundan sonra yapacağımız deneylerde yalnızca doğrusal tümdevreler üzerinde
duracağız, sayısal tümdevreler daha ileri safhalarda incelenecektir.
Bir tümdevre çeĢitli bağlantı ve konfigürasyonlar için çok sayıda terminale (bacak)
sahiptir. Örneğin UA741 tümdevresinin 8 bacağı vardır. Bu bağlantıların uygun
kullanılmasıyla, doğrusal tümdevreler pek çok değiĢik amaç için kullanılabilir. Tümdevrelerin
kullanılmasını çeĢitlendiren unsurlar, ona dıĢardan bağlanan elemanlardır.
Tümdevreler birkaç değiĢik yapıda ve kılıf Ģeklinde üretilirler. Seramik veya metal
olabilen bu kılıf Ģekilleri, TO-5, yapısında, düzgün kılıflı yapıda (flatpack) veya çift sıra
bacaklı (dual in-line) yapıda olabilir (ġekil 3.1.).
TO-5
Düzgün kılıf (flat pack)
ġekil 3.1.
Çift sıra bacaklı (dual in line)
ĠġLEMSEL YÜKSELTEÇLER (IY) (OPERATIONAL AMPLIFIERS, OPAMP)
ĠĢlemsel yükselteçler, çok yüksek kazançlı, doğrudan bağlantılı fark yükselteçleridir.
Daha önce gördüğümüz fark yükselteçlerinin geliĢtirilmiĢ ve tümdevre haline getirilmiĢ
Ģeklidir. Bu tümdevreler, bilgisayarlarda, toplama çıkarma, türev ve integral iĢlemleri için
geliĢtirilmiĢtir ve günümüzde çok amaçlı bir doğrusal yükseltici olarak kullanılmaktadır. Bir
IY’nin çalıĢması ona dıĢarıdan bağlanan elemanlarla kontrol edilir.
ġekil 3.2 de IY devre Ģeması görülmektedir. Önceki deneyde öğrendiğiniz fark
yükselticinin aynısı olarak iki giriĢe sahiptir. Bu giriĢler, TERS ÇEVĠREN GĠRĠġ (─) ve
TERS ÇEVĠRMEYEN GĠRĠġ (+) olarak iĢaretlenmiĢlerdir. Ters çeviren giriĢten uygulanan
bir gerilim, çıkıĢta iĢareti değiĢmiĢ ve büyümüĢ olarak gözlenir (Örneğin, pozitif bir giriĢ
24
gerilimi, çıkıĢta büyütülmüĢ negatif bir gerilim olarak gözlenir.). Ters çevirmeyen giriĢten
uygulanan bir sinyal ise çıkıĢtan aynı iĢaretle büyütülmüĢ olarak gözlenir.
Ters çeviren giriĢ
ÇıkıĢ
Ters çevirmeyen giriĢ
ġekil 3.2. ĠĢlemsel Yükselteci Sembolü
DıĢarıdan herhangi bir kontrol elemanı bağlanmadan, giriĢe bir gerilim
uygulandığında çıkıĢtan çok büyük bir gerilim elde edilecektir. IY’nin bu durumundaki
gerilim kazancına AÇIK HALKA KAZANCI (KA) denmektedir. Bu değer genellikle 20000
veya daha büyüktür. Yani açık halka durumunda giriĢ ve çıkıĢ gerilimleri arasında
Vç   K AVg bağıntısı vardır.
Vg
KA
VÇ
Açık halka kazancı çok büyük olduğundan giriĢe uygulanan gerilim çok küçük
olmalıdır. Burada bir noktaya daha değinelim; çıkıĢ gerilimi IY besleme geriliminden daha
büyük olamaz ve normal bir IY’nin besleme gerilimi  15 V civarındadır. Bu durumda çıkıĢ
gerilimi  15 V’dan daha büyük olamaz. Örneğin açık halka kazancı 30000 olan bir IY
çıkıĢından 15 V alabilmek için, giriĢe,
Vç
15
Vg  

 0.5x103  0.5mV
30000
30000
gerilim uygulanmalıdır.
IY’lerin giriĢ empedansları çok yüksek (birkaç M mertebesinde) olduğundan (+) ve
(─) giriĢ uçları arasında potansiyel farkı sıfır olur. Çok yüksek giriĢ empedansı sebebiyle (+)
ve (─) giriĢ uçları arasından akan akım pratikte nanoamper seviyesindedir. Bu yüzden IY’ler
gerilime duyarlıdır ve çoğu uygulamalarda IY’ye giriĢten akım geçmediği kabul edilir.
GERĠ BESLEME ve TERS ÇEVĠREN YÜKSELTEÇ
Her ne kadar, bir IY’nin açık halka kazancı çok büyükse de, bunu dıĢarıdan bağlanan
elemanlarla istediğimiz değere ayarlama imkânımız vardır. Bu iĢleme geri besleme
denmektedir. ġekil 3.3 te verilen bağlantıyı ele alalım. R1 giriĢ direnci, R2 ise geri besleme
direncidir.
i2
R1
A
Vg
i1
R2
Vi
VÇ
ġekil 3.3. Negatif geri-besleme
25
Ters çeviren giriĢten bir Vg geriliminin uygulandığını düĢünelim. IY’nin giriĢ empedansı çok
büyük olduğundan akımın yalnızca R2 direnci üzerinden geçtiğini varsayacağız. Bu durumda
A noktası için Kirchoff Akım yasası;
i1  i2 den,
Vg  Vi
V V
 ç i
R1
R2
elde edilir. Bu eĢitliği yeniden düzenleyelim.
R
 2 (Vg  Vi )  Vç  Vi
R1
olur. Vi  0 alınırsa kapalı halka kazancı KK,
Vç
R2
 KK
Vg
R1
olur. Bu formüle göre eğer R1 = R2 olarak seçilirse yükseltecin kazancı ─1’e eĢit olur. Bu gibi
durumlarda, yükselteç, giriĢine uygulanan sinyali yükseltmeden sadece iĢaretini değiĢtirerek
çıkıĢa aktarır. Kazanç formülündeki (─) iĢareti giriĢle çıkıĢ arasında 180 faz farkı olduğunu
gösterir. R1 ve R2 dirençleri ile yükseltecin kapalı halka devre kazancı ayarlanabilir. Bu
bağlantıya göre kapalı halka kazancı açık halka kazancından daha küçüktür. Fakat devrenin
çalıĢması kapalı halka kazancında daha kararlıdır. Geri beslemeli kazanç geri beslemesiz
kazançtan daha küçük olduğundan kullanılan geri besleme NEGATĠF GERĠ BESLEME dir.
Pozitif geri besleme olsaydı, geri beslemeli kazanç, geri beslemesiz kazançtan daha büyük
olurdu.

TERS ÇEVĠRMEYEN YÜKSELTEÇ
ġekil 3.4 te görüldüğü gibi giriĢ sinyali IY’nin faz çevirmeyen (+) giriĢine
uygulanmıĢtır. Dolayısıyla giriĢ ve çıkıĢ sinyalleri arasında faz farkı olmaz.
Ġdeal bir IY’nin giriĢ empedansı sonsuz olması sebebiyle (+) ve (─) giriĢ uçları
arasındaki akım sıfır olacağından bu uçlar arasındaki potansiyel farkı sıfır 0 Volttur.
R2
R1
A
Vi
+V
+
-V
VÇ
Vi = 0
R2
VVgg
Vg
R1
VÇ
ġekil 3.4. Ters Çevirmeyen Yükselteç ve eĢdeğer devresi
Vi = 0 olduğundan giriĢ gerilimi R1 üzerindeki gerilime eĢittir. Dolayısıyla R1 ve R2 gerilim
bölücü gibi davranacağından giriĢ gerilimi,
R1
Vg 
Vç
R1  R 2
olur. Bu denklemi yeniden düzenlersek,
Vç R1  R 2
R

 1 2  KK
Vg
R1
R1
26
bulunur. Eğer bu devrede R1 direncini sonsuz ve R2 direncini de sıfır alırsak elimize kazancı
+1 olan gerilim izleyici geçer, ġek.5. Bu devrenin giriĢ empedansı çok yüksek, çıkıĢ
empedansı da düĢük olduğu için empedans uyumunda kullanılır. Empedans uyumu yapılacak
devre katları arasında maksimum enerji transferinin gerçekleĢebilmesi için bir katın çıkıĢ
empedansının diğer katın giriĢ empedansına eĢit olması gerekir.
VÇ
Vg
ġekil 3.5. Gerilim izleyici
Faz çevirmeyen yükselteç ile faz çeviren yükselteç arasındaki farklar Ģunlardır:
 Faz çevirmeyen yükseltecin kazancı, faz çeviren yükselteçten 1 fazladır ve daima birden
büyüktür.
 Faz çevirmeyen yükseltecin giriĢ empedansı IY (OP-AMP) giriĢ empedansına eĢit olup
çok yüksektir. Faz çeviren yükseltecin giriĢ empedansı ise R1 direnci kadardır.
 Faz çevirmeyen yükselteçte giriĢ ve çıkıĢ iĢaretleri aynı fazdadır. Faz çeviren
yükselteçte ise giriĢ ve çıkıĢ sinyalleri arasında 180 faz farkı vardır.
ĠġLEMSEL YÜKSELTECĠN ÖZELLĠKLERĠ
Üretici kataloglarında, üretilen IY’nin çeĢitli uygulamalarıyla ilgili gerekli tüm teknik
bilgiler mevcuttur. Ayrıca, pek çok temel elektronik kitaplarında ve değiĢik kaynaklarda
IY’ler hakkında ayrıntılı bilgiler kolaylıkla bulunabilir. Biz burada yalnızca, deneyimizde
önemli olan bazı temel özellikleri sıralayacağız.
IY’ler askeri ve endüstri amaçlı olarak iki ayrı kategoride üretilirler. Bunlar hem çift
sıra bacaklı ve hem de metal kılıflı (TO-5) olarak üretilir. ġekil 6 da çift sıra bacaklı bir 741
tümdevrenin bacak bağlantıları verilmiĢtir.
1. GiriĢ offset
2. Ters çeviren giriĢ (─)
8 7 6 5
3. Ters çevirmeyen giriĢ (+)
4. ─VEE (Eksi besleme gerilimi)
5. GiriĢ offset
6. ÇıkıĢ
ĠĢaret 1 2 3 4
7. +VCC (Artı besleme gerilimi)
noktası
8. BoĢ
ġekil 3.6.
Bir 741 IY (OP-AMP) için bazı teknik özellikler aĢağıya sıralanmıĢtır:
-Besleme gerilimi
: 18 Vmax (15V nominal)
-Güç harcaması
: 500 mWmax
-Farklılık giriĢ gerilimi
: 30 Vmax
-ÇalıĢma sıcaklığı
: 0─70C
27
-GiriĢ bias akımı
: 800 nA
-GiriĢ direnci
: 0.3─2 M
-GiriĢ gerilim aralığı
: 13 V
-Ortak hal bastırma oranı (CMRR)
: 90 dB
-ÇıkıĢ direnci
: 75 
-ÇıkıĢ kısadevre akımı
: 25 mA
-Besleme akımı
: 2.8 mA
-Büyük sinyal kazancı
: 15000
-ÇıkıĢ gerilimi salınımı
: 13 V
ġimdi de bu terimlerden bazılarını açıklayalım.
- Farklılık giriĢ gerilimi: (+) ve (─) giriĢler arasına uygulanabilecek maksimum gerilimdir.
- GiriĢ bias akımı: ÇıkıĢ geriliminin sıfır olması halinde her iki giriĢten akan akımın
ortalamasıdır.
- GiriĢ direnci: GiriĢ terminallerinden birisinin topraklanması halinde, iki giriĢ terminali
arasındaki dirençtir.
- GiriĢ gerilim aralığı: IY’nin (Op-amp) fonksiyonunu tam yapabilmesi için her iki giriĢten
uygulanabilecek maksimum gerilimdir.
- Ortak hal bastırma oranı (CMRR): Farklılık gerilim kazancının ortak hal gerilim
kazancına oranıdır.
- ÇıkıĢ direnci: ÇıkıĢ terminali ile toprak arasındaki dirençtir.
- ÇıkıĢ kısadevre akımı: ÇıkıĢın toprakla kısadevre yapılması halinde akacak maksimum
çıkıĢ akımıdır.
- Besleme akımı: IY sıfır volt çıkıĢ verirken güç kaynağından IY’ye akan besleme
akımıdır.
- Büyük sinyal gerilim kazancı: Geri beslemesiz halde çıkıĢ gerilimi maksimum değerinin
diferansiyel giriĢ gerilimine oranıdır.
- ÇıkıĢ gerilim salınımı: ÇıkıĢın offset yapılmıĢ olması halinde, bozulma olmaksızın
maksimum çıkıĢ gerilimidir.
ARAÇLAR
Ġki çıkıĢlı güç kaynağı
Osiloskop, osilatör, voltmetre
Dirençler, 2x10k, 22k, 56k, 100k, 5.6k
Tümdevre, UA741 iĢlem yükselteci
DENEYLER
I- IY KAZANCI, TERS ÇEVĠREN YÜKSELTEÇ
1. ġekil 3.7 deki devreyi kurunuz.
2. RF ve RR dirençleri yerine önce 10k’luk dirençler takarak devreyi çalıĢtırınız.
Osiloskobunuzun iki kanalını da giriĢ ve çıkıĢ sinyallerini gözlemek için kullanınız.
GiriĢe 100mV ve 1kHz sinüs sinyali uygulayınız.
3. ÇıkıĢ sinyalinin tepeden tepeye değerini ölçerek Tablo 1’e kaydediniz.
4. Lissajous yöntemiyle sinyallerin faz farkını ölçerek kaydediniz.
5. ġimdi RF direnci yerine sırasıyla 5.6k, 22k, 56k, 100k dirençleri bağlayarak
aynı ölçümleri Tablo 3.1’de yerlerine yazınız.
28
RF
RR
+
7
2
10 V
6
VÇ
3
Vg
4
+
10 V
-
ġekil 3.7.
Tablo3.1
RR
10k
″
″
″
″
RF
10k
5.6k
22k
56k
100k
GiriĢ VT-T
100mV
″
″
″
″
ÇıkıĢ VT-T
Kazanç (Vç Vg )
Kazanç ( RF RR )
Faz
II- TERS ÇEVĠRMEYEN YÜKSELTEÇ
1. Devreyi ġekil 3.8 deki gibi değiĢtiriniz.
RF
RR
+
7
2
10 V
6
VÇ
3
4
+
Vg
10 V
-
ġekil 3.8.
2. Birinci kısımda takip ettiğiniz sırayı bu devre için de aynen tekrar ediniz. Sonuçları
Tablo 3.2’de toplayınız.
Tablo 3.2
RR
RF
10k 10k
″
5.6k
″
22k
″
56k
″
100k
GiriĢ VT-T
ÇıkıĢ VT-T
Kazanç (Vç Vg )
100mV
″
″
″
″
29
Kazanç (1 
RF
)
RR
Faz
III- GERĠLĠM ĠZLEYĠCĠ
1. ġekil 3.9 daki devreyi kurunuz.
2
+
7
10 V
6
-
3
VÇ
4
+
Vg
10 V
-
ġekil 3.9.
2. Sinyal üretecinden, sırasıyla 100 mV, 500 mV ve 1 V gerilimleri sırasıyla yükselteç
giriĢine uygulayarak çıkıĢ gerilimlerini ölçünüz. Sonuçları Tablo 3.3’e kaydediniz.
Tablo 3.3
GiriĢ VT-T
100mV
500mV
1V
ÇıkıĢ VT-T
Kazanç (Vç Vg )
Faz
SORULAR
1. Bir faz çeviren yükselteç devresinde kazanç giriĢe göre nasıl değiĢir? Niçin?
2. Doğrusal bir iĢlem yükselteci devresinde elde edilen maksimum çıkıĢ sinyalinin tam
değerini ne belirler?
3. Bir ĠY nin doyum voltajı seviyeleri hangi aralıkta değiĢir? Niçin?
4. Gerilim izleyiciyi hangi devreden nasıl elde edersiniz?
30
DENEY NO
DENEYĠN ADI
:EII-4
:TOPLAMA, ÇIKARMA, TÜREV, ĠNTEGRAL VE
KIYASLAYICI DEVRELER
DENEYĠN AMACI
: ĠĢlemsel yükselteçle aritmetik toplama, çıkarma, integral,
türev ve kıyaslama, iĢlemlerinin yapılmasının öğrenilmesi.
ÖNBĠLGĠ
ĠĢlemsel yükselteçlerle yapılabilecek devre sayısı oldukça fazladır. Biz bu
deneyimizde temel sayılabilecek devreleri öğreneceğiz. Bunlardan önemli kabul
edebileceklerimiz, toplama iĢlemi, türev, integral alma iĢlemi ve kıyaslama iĢlemleridir.
TOPLAMA VE ÇIKARMA ĠġLEMĠ
Toplama iĢlemi analog bilgisayarlarda gerekli olan toplama ve çıkarma iĢlemleri için
hazırlanmıĢtır. ġekil 4.1 deki ters çeviren yükselteci ele alalım. Devredeki A noktası zahiri
veya sanal toprak (Virtual ground) olarak isimlendirilir. Yani bu noktada R1, R2, R3, . . .
dirençlerinden gelen akımlarla, geribesleme direnci Rf üzerinden gelen akımlar toplanarak
sıfır olacaktır (Kirchoff akım yasası).
i
i1
R1
i2
R2
i3
R3
i4
R4
V1
V2
V3
Rf
A
─
Vç
+
V4
ġekil 4.1.
A noktası için K.A.K yazılacak olursa
i1  i2  i3  i4  .........in  i
V
V
V1 V2 V3 V4
    ........  N   ç
R1 R2 R3 R4
RN
Rf
V
V V V V
Vç   Rf ( 1  2  3  4  .............. N )
R1 R2 R3 R4
RN
olur. Buradan da görüldüğü gibi çıkıĢ gerilimi ters çevrilmiĢ olarak giriĢ geriliminin
toplamıdır. Bu giriĢleri –V1, –V2 gibi iĢaretleri değiĢtirilmiĢ olarak uyguladığımızda, çıkıĢ
diğer pozitif giriĢlerden bunların çıkartılması olacaktır.
Örnek: ġekil 4.2 devresinde V1 = 0.5 V, V2 = -1 V olsun. ÇıkıĢ gerilimini bulalım.
Rf = 6k
R1 = 1k
V1
V2
─
R2 = 3k
+
ġekil 4.2.
31
Vç
R
R 
6k
 6k

Vç    f V1  f V2     (0.5V )  (1V ) 
R2 
3k
 1k

 R1
Vç  (3  2)  1V
Benzer bir örneği de birim kazanç için yapalım. Yani Rf  R1  R2 olsun. Bu durumda
Vç  (0.5V  1V )  0.5V olacaktır. Görüldüğü gibi giriĢ gerilimleri çıkıĢta toplanarak
verilmektedir.
TÜREV ALMA ĠġLEMĠ
Elektronik devrelerde türev ve integral alma denildiği zaman biz kare ve üçgen
dalgaların birbirlerine çevrilmesini anlıyoruz. Çünkü kare dalga üçgen dalganın türevidir veya
üçgen dalga kare dalganın integralidir. Ayrıca sinüs ve kosinüs fonksiyonları birbirilerinin
türevi veya integralidir. Bizim devremiz de bu iĢlemleri yapmaktadır. ġekil 4.3 deki devreyi
ele alalım. GiriĢten bir üçgen dalga verilmiĢ olsun. ÇıkıĢ geriliminin nasıl olacağına bakalım.
Rf
iç
C
Vg
ig
─
A
+
Vç
ġekil 4.3. Türev alma devresi
A noktası için K.A.K yazılırsa,
ig  iç
dir ve iç 
Vç
olur. ig için de akım yük arasındaki türev bağıntısını aĢağıdaki gibi yazarız.
Rf
Kondansatör üzerinden geçen ig akımının değeri dq/dt dir. Burada q = C.V ve C de sabittir.
dVg
dq
ig 
ve bu bağıntıda q yerine CVg yazılırsa, ig  C
dt
dt
olur. Akımların eĢitliğinden de
dVg
dVg
V
 ç C
veya Vç   Rf C
Rf
dt
dt
türev bağıntısını buluruz.
Devrenin çıkıĢ formülünden de anlaĢıldığı gibi çıkıĢ gerilimi, giriĢ geriliminin türevi
ile orantılıdır ve türevleyici devre giriĢ iĢaretinin türevini, Rf.C sabitiyle çarparak çıkıĢına
aktarır. Formüldeki (-) iĢareti, devrenin ters çeviren giriĢten iĢlem yaptığını ve giriĢle çıkıĢ
arasında 180 faz farkı olduğunu gösterir.
ġekil 4.3 deki devre, pratik uygulamalara elveriĢli değildir. Çünkü C kondansatörü,
yüksek frekanslı giriĢ sinyallerinde kısa devre özelliği göstererek, üzerine çok az bir gerilim
düĢmesine sebep olur. Bu da yükselticinin kazancını arttırır. Yüksek frekanslı giriĢ
sinyallerinde çıkıĢ iĢareti en büyük düzeye ulaĢır. Dolayısıyla giriĢ sinyalinde gürültü mevcut
ise yüksek frekans kısmı olduğu gibi yükseltilir. Bu istenmeyen durumu engellemek için ġekil
32
4.4 deki gibi giriĢe seri bağlı bir R1 direnci eklenir. Böylece yüksek frekanslarda devre
kazancına Rf R1 oranı gibi bir sınır getirilir.
Rf
C
R1
Vg
─
Vç
+
ġekil 4.4. Pratikte kullanılabilen türev alma devresi
Türev alıcı devrenin giriĢine uygulanan iĢaretin türevini alabilmesi için aĢağıdaki Ģartların
yerine gelmesi gerekir:
1
1. f giriş  f c 
olmalıdır. Yani giriĢe uygulanan sinyalin frekansı, fc kritik
2 R1C
frekansından küçük veya eĢit olmalıdır.
2. Devrenin zaman sabitesi (T = Rf.C) ile giriĢe uygulanan sinyalin periyodu birbirine eĢit
veya yakın bir değerde olmalıdır.
Eğer, devrede bu Ģartlardan birisi veya ikisi sağlanamıyorsa, devre, giriĢine uygulanan
sinyalin türevini alamaz ve kazancı  Rf R1 olan ters çeviren yükselteç gibi çalıĢır.
ĠNTEGRAL ALMA ĠġLEMĠ
Ġntegral alma iĢlemi türev alma iĢleminin tersidir. Türev alma devresinde C ve R’nin
yeri ġekil 4.5 deki gibi değiĢtirilirse integral alma iĢlemi yapan devre elde edilir.
Cf
iç
Vg
R1
─
ig
+
Vç
ġekil 4.5. Ġntegral iĢlemi yapan devre
Bu devre için de denklemler aĢağıdaki gibi yazılarak gerekli integral bağıntısı bulunur.
ig  iç
iç 
ig 
dV
dq
ve iç  C ç
dt
dt
Vg
R1
33
dir. Akımlar eĢitlendiğinde
Vg
dV
1
 C ç veya Vç  
Vg dt
R1
dt
R1C 
elde edilir. Böylelikle çıkıĢ geriliminin giriĢ geriliminin integrali ile orantılı olduğu görülmüĢ
olur.
Op-Amp devresindeki, giriĢ ofset geriliminin, iĢlemsel yükselteci (Op-Amp) doyuma
götürmesini engellemek için ġek. 6 daki gibi geri besleme kondansatörüne paralel bir Rf
direnci bağlanır.
Rf
Cf
Vg
R1
─
Vç
+
R2
ġekil 4.6. Pratikte kullanılabilir bir integral alıcı devre
GiriĢ akımlarının eĢit olmayıĢından dolayı meydana gelebilecek ofset gerilimini ve bu
gerilimin etkilerini gidermek amacıyla yine ġek. 6 da görüldüğü gibi ters çevirmeyen giriĢle
toprak arasına bir de R2 direnci bağlanmıĢtır. Aynı zamanda bu devre pratikte kullanılan
integral alıcı devredir. R2 direncinin değeri, R2  R1 // Rf ifadesinden bulunur.
Ġntegral alıcı bir devrenin, giriĢine uygulanan bir iĢaretin integralini alabilmesi için
aĢağıdaki Ģartların sağlanması gerekir:
1
1. f giriş  f c 
olmalıdır. Yani giriĢe uygulanan sinyalin frekansı, fc kritik
2 Rf Cf
frekansından büyük veya eĢit olmalıdır.
2. Devrenin zaman sabitesi (T = R1.Cf) ile giriĢe uygulanan sinyalin periyodu birbirine eĢit
veya yakın bir değerde olmalıdır.
FARK YÜKSELTECĠ
Ters ve ters çevirmeyen giriĢler ġek. 7 deki gibi birlikte kullanıldığında fark yükselteç
devre elde ederiz.
R2
R1
─
V1
R3
+
V2
R4
ġekil 4.7. Fark yükselteci
34
Vç
Burada kazanç K K 
Vç
dir.
V2  V1
Özel bir durum olarak R1  R3 , R2  R4 seçilirse
R
R
KK  2  4
R1 R3
olur. ÇıkıĢ,
R
Vç  2 (V2  V1 )
R1
elde edilir.
GERĠLĠM (VOLTAJ) KIYASLAYICI (COMPARATOR)
Dijital devrelerle analog sinyalleri birleĢtirdiğimizde, genellikle iki voltaj seviyesinden
hangisinin daha büyük olduğunu bilmemiz gerekir. Kıyaslayıcı devre, isminden de anlaĢıldığı
gibi, bir kıyaslama yapar ve kıyaslanan sinyalin bağıl boyutuna bağlı olarak iki farklı
seviyenin sadece birinde çıkıĢ verir.
Bir kıyaslayıcı genellikle değiĢen bir giriĢ voltajını sabit bir referans voltajına kıyaslar.
ġekil 4.8 deki gibi ters çevirmeyen uçtan yapılan giriĢ referans voltajından birazcık büyük
olduğunda, kıyaslayıcının çıkıĢı en uç pozitif (+V) sınır değerini alır. GiriĢ referanstan azıcık
küçük olduğunda ise, çıkıĢ en uç negatif (-V) sınır değerini alır.
Geri beslemesiz çalıĢan bir iĢlemsel yükselteç son derece yüksek açık halka voltaj
kazancına sahiptir ve pratikte açık halka kazancını sınırlayan faktör +V, –V besleme voltaj
değerleri olduğu için çıkıĢtan yaklaĢık +V veya –V gerilim değeri kadar sinyal alınır. GiriĢler
arasındaki en küçük bir fark bile çıkıĢın iki uç değerden birinde (+V veya –V) doyuma
gitmesine sebep olacaktır. IY bu özelliği ile basit bir kıyaslayıcı gibi davranır.
Vç
Vg
+V
VÇ
Vr
-V
Vg
Vr
ġekil 4.8. Gerilim Kıyaslayıcı ve transfer eğrisi
Vg > Vr olursa, çıkıĢtan yaklaĢık +V değeri alınır. (Vç = +V)
Vg < Vr olursa, çıkıĢtan yaklaĢık -V değeri alınır. (Vç = -V)
Devre bu haliyle ters çevirmeyen çalıĢma özelliğindedir. Çünkü Vg giriĢ voltajı ters
çevirmeyen (+) giriĢe uygulanmıĢtır. Ters çeviren giriĢe sabit referans voltajı uygulanmıĢtır.
GiriĢ ve referans (-), (+) uçlar arasında yer değiĢtirirse yukarıdaki kıyaslamanın tam tersi olur.
ARAÇLAR
Ġki çıkıĢlı doğru akım güç kaynağı.
Osiloskop, Sinyal üreteci
Dirençler; 1k, 3.3k, 5.6k, 12k, 2x10k
Kondansatörler; 100 nF, 10nF
Tümdevre; UA741
35
DENEYLER
TOPLAMA (ÇIKARMA) YÜKSELTECĠ
1. ġekil 4.9 daki devreyi kurunuz.
Rf = 12k
3.3k
+
7
5.6k
V1
+
10 V
6
2
VÇ
V2
+
3
4
5V
5V
+
-
-
10 V
-
ġekil 4.9.
2. V1 ve V2 gerilimlerini 1.5 V ve 2 V’a ayarlayınız ve yükseltici çıkıĢ gerilimini ölçerek
toplama denklemini doğrulayınız.
3. V1 ve V2 gerilimlerinden birisini ters çevirerek çıkarma iĢlemini doğrulayınız. Sonuçları
Tablo 4.1’e kaydediniz.
Tablo 4.1
GiriĢ
V1
1.5
1
V2
2
3
ÇıkıĢ
Hesapla
Ölçülen
GiriĢ
V1
—1.5
1
ÇıkıĢ
Hesapla
Ölçülen
V2
2
—3
GERĠLĠM KIYASLAYICI
1. ġekil 4.10 daki devreyi kurunuz.
10k
+
7
2
10k
Vg
+
5V
-
VÇ
3
Vr
10 V
6
4
+
+
10 V
5V
-
-
ġekil 4.10.
2. Osiloskobun birinci kanalını Vg’ye bağlayınız. Ġkinci kanalını da çıkıĢı gözlemek için
Vç’ye bağlayınız. Vr yi (referans voltajı) 0 V’a ayarlayınız. Vg yi -5 V ile +5 V aralığında
değiĢtirirken çıkıĢı da Osiloskoptan izleyiniz. ÇıkıĢta atlama olduğu andaki Vg giriĢ
voltajını Tablo 4’e kaydediniz.
3. Vr nin 1, 3, -1, -2, -3 V değerleri için ikinci maddedeki iĢlemleri tekrarlayarak Tablo
4.4’e kaydediniz.
Tablo 4.4
Vg
Vr (V)
1
2
3
-1
36
Vç
-2
-3
TÜREV ALICI DEVRE
1. ġekil 4.11 deki devreyi kurunuz.
Rf = 10k
R1
Vg
1k
C
+
7
100 nF
10 V
6
2
VÇ
3
4
+
10 V
-
ġekil 4.11.
2. Sinyal üretecinden 1 VT-T ve 1 KHz üçgen dalgayı giriĢe uygulayınız.
3. Osiloskopla giriĢ ve çıkıĢ iĢaretlerini gözleyiniz.
4. Frekansı 100 Hz ile 100 kHz arasında değiĢtirerek çıkıĢta meydana gelen değiĢmeleri
gözleyiniz. Dalga periyodu T ile Rf.C zaman sabitinin oranını bulunuz.
5. Sinyal üretecinden bu sefer giriĢe 100mVT-T, 1kHz sinüs dalgası vererek, giriĢ ve çıkıĢ
dalgaları arasındaki faz farkını bulunuz. Bulduğunuz faz iliĢkisinden giriĢ ve çıkıĢ
dalgaları arasında nasıl bir bağlantı olduğunu belirtiniz.
6. 100 Hz ve 100 kHz frekanslarındaki çıkıĢ sinyallerini gözleyerek Tablo 5’e yazınız.
7. Aynı iĢlemleri kare dalga giriĢi için de yapınız.
Tablo 4. 5
GiriĢ dalga Ģekli
1 kHz
ÇıkıĢ dalga Ģekli
100 Hz
100 kHz
Faz
Üçgen
Sinüs
Kare
T Rf C
ĠNTEGRAL ALICI DEVRE
1. ġekil 12 deki devreyi kurunuz.
2. Sinyal üretecinden 2 VT-T ve 10 KHz kare dalgayı giriĢe uygulayınız.
3. Osiloskopla giriĢ ve çıkıĢ iĢaretlerini gözleyiniz.
4. Frekansı 100 Hz ile 100 kHz arasında değiĢtirerek çıkıĢta meydana gelen değiĢmeleri
gözleyiniz. Dalga periyodu T ile R1.Cf zaman sabitinin oranını bulunuz.
37
5. Sinyal üretecinden bu sefer giriĢe 100mVT-T, 1kHz sinüs dalgası vererek, giriĢ ve çıkıĢ
dalgaları arasındaki faz farkını bulunuz. Bulduğunuz faz iliĢkisinden giriĢ ve çıkıĢ
dalgaları arasında nasıl bir bağlantı olduğunu belirtiniz.
6. 100 Hz ve 100 kHz frekanslarındaki çıkıĢ sinyallerini gözleyerek Tablo 6’ya yazınız.
7. Aynı iĢlemleri Üçgen dalga giriĢi için de yapınız.
Rf = 100k
10 nF
C
R1
Vg
+
7
10 V
6
2
10k
VÇ
3
R2
4
+
10k
10 V
-
ġekil 4. 12.
Tablo 4.6
GiriĢ dalga Ģekli
ÇıkıĢ dalga Ģekli
100 Hz
10 kHz
Üçgen
Sinüs
Kare
T R1Cf
38
100 kHz
Faz
DENEY NO
DENEYĠN ADI
:EII-5
: ĠġLEM YÜKSELTEÇLERĠNĠN FREAKANS-KAZANÇ
KAREKTERĠSTĠĞĠ VE KARE DALGA ÜRETECĠ
DENEYĠN AMACI
: ĠĢlem yükselteçlerin frekans kazanç karakteristiklerinin
bulunması ve iĢlem yükselticiler kullanılarak kare dalga üretecinin çalıĢma ilkesinin
öğrenilmesi.
ÖN BĠLGĠ
ĠĢlem yükselteçleri frekansa karĢı oldukça duyarlıdır. Yani, yükselme zamanları
oldukça uzun olduğundan çok hızlı bir gerilim yükselmesine anında cevap veremezler. Belirli
bir süre sonra cevap verirler. Eğer giriĢten uygulanan sinyalin periyodu yükselme zamanı ile
kıyaslanabilir ölçüde ise Ġ.Y nin kazancı küçülecektir.
Yükselme zamanı (Rise time) bir sinyali belirli bir düĢük değerden belirli bir yüksek
değere yükseltmek için geçen zamandır. Genellikle bir darbenin (puls) ön kenarını %10 dan
%90 a yükseltmek için geçen zaman olarak ifade edilir.
Deneyde kullandığımız 741 tüm devrelerin yükselme zamanları 0.3s civarındadır. Bu
süre oldukça uzun bir yükselme zamanıdır. ĠĢlemsel yükselteçlerin frekans kazanç
karakteristikleri deneysel yollarla saptanır ve bu karakteristikler kataloglarda verilir. Örnek bir
741 tümdevre frekans-kazanç karakteristiği dB cinsinden ġekil 5.2 de verilmiĢtir.
Kazanç
dB
Av=1000
Av=100
dB  20log
Av=50
Vç
Vg
Av=10
Frekans
MHz
ġekil 5.2. Bir tümdevre (Op-Amp) frekans-kazanç karakteristiği
Kapalı halka frekans kazanç karakteristiği açık halka karakteristiği sınırları içinde
kalır. Kazanç küçüldükçe, kazanç daha geniĢ bir frekans aralığında (bant geniĢliğinde ) sabit
kalır. Kazanç büyüdükçe sabit kazanç frekans aralığı daralır. Frekans aralığını daraltan etki
açık halka kazancıdır. ġekil 5.2 deki aralıklı çizgiler çeĢitli kapalı halka kazançlarını
göstermektedir.
Frekans-kazanç karakteristikleri, iĢlem yükselteçlerde yapılan ac devrelerinde oldukça
önemlidir. Örneğin Ġ.Y ile yapılan bir sinyal üretecinde önce bu karakteristiğe bakılır ve
çalıĢılacak frekansın üzerindeki etkisi önceden gözden geçirilir ve önlem alınır.
KARE DALGA ÜRETECĠ
ġekil 5.3’te verilen devre gerçekte bir serbest salınımlı multivibratördür. Ancak çoğu
hassas uygulama gerektirmeyen devrelerde kare dalga sinyal üreteci olarak kullanılır.
Devre, ilk bakıĢta anlaĢılacağı gibi bir fark yükselticidir. Devrenin ilk açılması ile
oluĢacak kararsızlık, giriĢlere farklı gerilim uygulanmasına sebep olur. Bu giriĢ darbesi, Ġ.Y
de büyültülerek geri besleme direnci Rg üzerinden C kondansatörünü doldurur. Bu sırada +
39
giriĢten R1, R2.ve R3 dirençleri yolu ile bir referans gerilimi verilmiĢtir. C kondansatörü
uçlarındaki gerilim, -giriĢ gerilimidir, referans gerilimi seviyesinin biraz üzerine çıkıncaya
kadar çıkıĢ pozitif bir değerdedir. Kondansatör gerilimi, referans gerilimi geçtiği anda çıkıĢ
derhal negatif değere geçer (kondansatörün çalıĢma prensibi) ve kondansatör boĢalmaya
baĢlar (Rg direnci üzerinden). Kondansatör gerilimi referans geriliminin biraz altına
düĢünceye kadar çıkıĢ negatif kalır. Kondansatör gerilimi referans geriliminin biraz altına
düĢtüğü anda, çıkıĢ tekrar pozitif değere yükselir ve kondansatör dolmaya baĢlar. Bu iĢlem
sırasıyla birbirini takip eder.
ÇıkıĢ geriliminin maksimum ve minimum değerleri besleme gerilimlerine bağlıdır.
Besleme gerilimi tam simetrik ise çıkıĢ sinyali de simetriktir, eğer besleme simetrik değilse,
çıkıĢ simetrikliği de bozulur.
Devrenin çalıĢma frekansı Rg, C ve gerilim bölücü; R1, R2 elemanlarının değeri ile
belirlenir. KarmaĢık hesaplamaya gitmeden çalıĢma frekansı,
1
f
2 R1
2 R ç C ln(1 
)
R2
olduğunu vermekle yetineceğiz.
Rç=12k
C
─
Vç
+
R2=100k
R3=12k
R1=12k
ġekil 5.3. Kare dalga üreteci devresi
ĠĢlem yükselteçleri ile yapılacak devre sayısının sınırsız olduğunu söylemiĢtik. Bunun
içine çeĢitli sinyal üreteçleri, (Sinüs, kare , üçgen, asimetrik dalgalar ve darbeler), aktif pasif
süzgeçler, da yükselticiler ve anolog ve sayısal dönüĢtürücüler en çok kullanılanlardır. ÇeĢitli
kaynaklarda değiĢik uygulamaları kolaylıkla elde etmek mümkündür.
ARAÇLAR
1. Ġki çıkıĢlı güç kaynağı
2. Osiloskop, osilatör, voltmetre
3. Dirençler, 2x12k, 68 k, 100k potansiyometre, 47k potansiyometre, 4.7k, 1k
4. Tümdevre; UA741 iĢlem yükselteci
DENEYLER
A) ĠġLEM YÜKSELTEÇLERĠN FREKANS-KAZANÇ KARAKTERĠSTĠĞĠ
Not: ĠĢlem yükselteçlerinin açık halka kazançları çok yüksek olduğundan, tüm frekans aralığı
için frekans-kazanç karakteristiklerini elde etmemiz mümkün değildir. Bu karakteristiği
kapalı halka karakteristiklerinden bulacağız.
1- ġekil 5.4 deki devreyi kurarak gerekli bağlantıları yapınız.
40
R2 =
100k
R1
1k
Vg
+
7
2
3
10 V
6
VÇ
-
4
+
10 V
ġekil 5.4.
2- GiriĢ voltajını (Vg) sinyal üretecinden 200mVT-T genlikli sinüs dalga olarak uygulayınız. R1
direncini ölçüm sonuna kadar değiĢtirmeyiniz.
3- Potansiyometreden önce R2 direncini 5 k olarak ayarlayınız (Ohmmetreyle).
4- Osiloskopla çıkıĢ sinyalinin genliğini sırasıyla, giriĢ sinyalinin 100Hz. 1kHz, 10kHz,
20kHz, 50kHz, 100kHz, 200kHz. 300kHz. 400kHz, 500kHz, 1MHz frekansları için ölçerek
Tablo 5.1 e kaydediniz.
5- Aynı ölçümleri sırasıyla 10 k, 20 k, 50 k, 80 k, 100 k değerleri için de
tekrarlayarak Tablo 5.1 e kaydediniz.
6- Her bir frekans ve geribesleme direnç değerleri için tüm devrenin gerilim kazancını
hesaplayarak, elde ettiğiniz sonuçları her bir kapalı halka kazancına karĢı frekans değerleri
olarak aynı grafik üzerine çiziniz ( DüĢey eksen kazanç, yatay eksen frekans ).
7- Ayrı bir grafik kâğıdına, düĢey eksen dB yatay eksen frekans olmak üzere aynı grafiği
yeniden çiziniz.
8- Eğrilerin bükülme sınırlarında açık halka kazancını yaklaĢık olarak çiziniz.
9- Her iki eğri demetini karĢılaĢtırarak kazancın frekansla nasıl bir bağıntıya sahip
olabileceğini söyleyiniz.
Tablo 5.1
Frekans
R2 (5k)
R2 (10k)
R2 (20k)
R2 (50k)
R2 (80k)
R2 (100k)
Vç(T-T)
Vç(T-T)
Vç(T-T)
Vç(T-T)
Vç(T-T)
Vç(T-T)
100Hz
1kHz
10kHz
20kHz
50kHz.
100kHz
200kHz
300kHz
400kHz
500kHz
800kHz
1MHz
B) KARE DALGA ÜRETECĠ
1- ġekil 5.5 deki devreyi kurarak gerekli bağlantıları yapınız.
41
2- Osiloskopla her iki giriĢ ve çıkıĢ sinyalinin frekans ve genliklerini potansiyometrenin
herhangi iki konumu için ölçerek Tablo 5.2 ye kaydediniz.
3- 47k’luk potansiyometre ile frekansı değiĢtirerek çıkıĢ sinyalini gözleyiniz.
Potansiyometrenin maksimum ve minimum konumlarında, frekans ve genlikleri ölçerek
Tablo 5.3 e kaydediniz.
C=0.1
F
Rç=12k
2  7
─
3 +
4
+
V
6
ç
R2=68k

R3=12k

R=47k

R1=4.7k

10 V
+
10 V
-
ġekil 5.5.
4- Potansiyometrenin maksimum ve minimum konumlarında R1, R2 dirençlerinin değerlerini
dikkate alarak, gözlenmesi gereken frekansı hesaplayınız ve ölçümlerinizle karĢılaĢtırınız.
5- Sonuçları yorumlayınız.
Tablo 5.2.
Potansiyometre
ÇıkıĢ
Frekans
Genlik
- GiriĢ
Frekans
Genlik
+ GiriĢ
Frekans
Genlik
Konum 1
Konum 2
Tablo 5.3.
Potansiyometre
ÇıkıĢ
Frekans
Genlik
- GiriĢ
Frekans
Genlik
Minimum
Konum
Maksimum
Konum
42
+ GiriĢ
Frekans
Genlik
DENEY NO
DENEYĠN ADI
DENEYĠN AMACI
:EII-6
: MANTIK DEVRELERĠ (LOGĠC CIRCUITS)
: Mantık kapılarının incelenmesi.
ÖN BĠLGĠ
Günümüzün modern elektronik bilimi iki ayrı dalda geliĢmektedir. Bunlar ANALOG
(Benzer) ve DIGITAL (Sayısal) elektroniktir.
Analog elektronikte, bir fiziksel büyüklük baĢka fiziksel büyüklüklere (burada
elektriksel niceliklere) çevrilerek incelenir. Metallerin dirençlerinin sıcaklıkla değiĢmesinden
yararlanılarak yapılan elektriksel bir termometre analog elektroniğe bir örnektir. Sıcaklıkla
değiĢen direnç, üzerinden geçen akımın ve gerilimin değiĢmesine sebep olur. Akım ve
gerilimdeki bu değiĢme, uygun yükselticilerle yükseltilerek, yine uygun bir ölçü aletinde
doğrudan sıcaklık olarak okunabilir. Sayısal elektronikte durum farklıdır. Herhangi bir
büyüklük (matematiksel ve fiziksel) sayısal elektronikte darbelere dönüĢtürülür. Bu iĢlem
analog-sayısal dönüĢtürücülerle yapılır. Ayrıca, el hesaplayıcılarında ve bilgisayarlarda
olduğu gibi belirli karekterlerin darbe Ģekilleri devrede iĢleme sokulur.
Sayısal elektroniğin esas elemanları mantık devreleridir. Mantık devrelerinin giriĢ ve
çıkıĢları sadece iki halden ibarettir. Büyüklükleri gerilim veya akım olarak standart ölçülerde
olan bu haller ya YÜKSEK (HIGH), ya da ALÇAK (LOW) durumlardır. Bu durumlara H
veya L denilebildiği gibi 1 ve 0 da denmektedir. Biz deneylerimizde sadece 0 ve 1 olarak
ifade edeceğiz. Görüldüğü gibi 0 ve 1, ikili sayı sisteminin sayılarıdır. Bilgisayarların ikli sayı
sistemi ile çalıĢmaları da bu yüzdendir.
Sayısal hallere verilebilecek en basit örnek evlerimizdeki elektrik anahtarlarıdır.
Anahtarın bir konumunda lamba yanar, bu hale 1, diğer konumda söner, bu hale de 0
diyebiliriz. BaĢka bir konum söz konusu değildir. Mantık devrelerinin giriĢleri 0 veya bir,
çıkıĢları da 0 veya 1 olabilir. BaĢka bir durum kabul edilmez.
Mantık devreleri temel bazı KAPI veya GEÇĠġ (GATE) devrelerinden oluĢur. Bu kapı
devreleri VE (AND) VEYA (OR), VEYA DEĞĠL (NOR) VE DEĞĠL (NAND), TERS
ÇEVĠREN (INVERTER) veya bunların çeĢitli Ģekillerde birleĢtirilmeleriyle yapılan basit
düzeneklerdir.
Bunlardan en basit olanları, VE ve VEYA mantık kapılarıdır. Önce basit anahtarlarla
bu mantık kapılarını kavramaya çalıĢalım.
1) Seri bağlı iki anahtarla yapılmıĢ devreyi ele alalım.
ġekil 6.1.
Her iki anahtar kapalı olmadıkça lamba yanmaz. Bu da bize VE mantığını vermektedir.
2) Paralel bağlı iki anahtarı gözönüne alalım.
43
ġekil 6. 2.
Her iki anahtar açık olmadığı sürece lamba yanar. Bu bize VEYA mantığını vermektedir.
Elektronik devrelerde mekanik anahtarlar değil, bunların görevini yapacak diyod veya
transistörlü kapı devreleri kullanılır. Yukarıdaki iĢlemlerin aynısını diyodlarla yapalım.
A) Diyod VE devresi
ġekil 6.3.
Yukardaki devrede her iki giriĢ 0 V olduğunda her iki diyot da ileri denetlemede
olacağından çıkıĢ 0.7 V dur. Bu 0.7 V luk voltaj silikon eklem diyodunun ileri denetleme
voltajıdır. Ġki diyottan birinin griĢi 0 V olduğunda bu diyot ileri denetlemede olcacağından
yine çıkıĢ yaklaĢık olarak 0.7 V olacaktır.
Her iki giriĢ +5 V olduğunda diyotların ikisi de ters denetlemede olacağından çıkıĢ
voltajı, çıkıĢta yük direnci olmaması Ģartıyla, kaynak voltajı olacaktır.
ÇıkıĢa bir RL yük direnci bağlandığında çıkıĢ voltajı 5xRL/(R1+RL) lik bir değere
indirgenir. Bu durum aĢağıdaki Ģekilde ve ilgili voltajlara karĢılık gelen mantık durumları da
yandaki tabloda gösterilmiĢtir
ġekil 6.4.
44
B) Diyod VEYA devresi
ġekil 6.5.
Yandaki voltaj doğruluk tablosunun mantık durumları aĢağıdaki tabloda gösterilmiĢtir.
Yukardaki devrede her iki giriĢ 0 V ise, çıkıĢ 0 voltdur. Ġki diyottan birinin giriĢi +5 V
ise bu diyot ileri denetlemede olacağından akım diyot ve yük direncinden akacaktır ve çıkıĢ
voltajı giriĢ voltajından yaklaĢık olarak 0.7 V daha az olacaktır. Bunun sebebi silikon eklem
diyodun üzerine düĢen ileri denetleme voltajıdır. Bu da yaklaĢık olarak 0.7 V dur. Her iki giriĢ
+5 V olduğunda yine çıkıĢ kaynak voltajından 0.7 V daha az olacaktır (4.3 V).
C) Diyod Transistör Mantığı Devresi
1- Transistörün Anahtar Olarak Kullanılması ( tersleme)
+
V
-
S
Lamba
ġekil 6.6. Transistörün DEĞĠL kapısı olarak kullanılması, doğruluk tablosu, basit anahtar modeli ve
devre sembolü
ġekilde npn tipi bir transistörün baz besleme direnci R1 ve kollektör yük direnci R2 dir.
Eğer giriĢ 0 volt ise transistörde baz akımı oluĢmaz. Bu nedenle transistör kapalıdır.
Bu durumda kollektör akımı da oluĢmaz. Kollektörden alınan çıkıĢ voltajı, çıkıĢa bağlı bir yük
45
direnci olmaması Ģartıyla, kaynak voltajı değerindedir. GiriĢ +5V olduğunda transistörün baz
emitör devresinde bir akım akacaktır ve dolayısıyla transistör açık olacak yani iletime
geçecektir. Bu durumda çıkıĢta 0V gözlenir. Bu durum, R1 in değeri kollektör voltajını
yaklaĢık olarak sıfıra götürecek biçimde seçilmesiyle baĢarılır. Dolayısıyla bu Ģartlarda
kollektör akımı çok büyür ve transistör doyumda gider.
Doğruluk tablosundan çıkıĢın giriĢ durumunun tersi olduğu görülebilir. Bu devre bir
ters çevirici olarak iĢlem yapar ve DEĞĠL (INVERTER veya NEGATOR) kapısı olarak ifade
edilir veya ters çevirici de denmektedir..
2) Diyod ve Transistörle Yapılan VEYA DEĞĠL ( NOR ) kapısı
ġekil 6.7.
Yukardaki devrede her iki giriĢ 0 volt olduğunda transistör kapalıdır yani iletimde
değildir, dolayısıyla çıkıĢ 5 volt olacaktır. Ġkisinden biri ya da her iki giriĢ 5 volt olduğunda
transistör doyumda olacak ve çıkıĢ voltajı 0 volt olacaktır.
ÇıkıĢ durumları VEYA mantık kapısınkilerinin tersidir. Bu da VEYA DEĞĠL (NOR)
kapısıdır.
3) Diyod ve Transistörle Yapılan VEDEĞĠL (NAND) Mantık kapısı
ġekil 6.8.
Yukardaki devrede her iki giriĢ ya da biri 0 volt olduğu zaman ileri denetlemeden
dolayı diyot iletimde olacaktır. Dolaysıyla R1 ve R3 eklemindeki voltaj 0.7 volt olacaktır. Bu
durumda transistör kapalıdır, yani iletimde değildir. Bu yüzden çıkıĢ voltajı +5V olacaktır.
Her iki giriĢ +5 voltta iken transistörün baz-emitör devresi R1 ve R3 yoluyla ileri denetleme
altında tutulacaktır, dolayısıyla tansistör doyuma ulaĢtırılacak ve böylelikle çıkıĢ voltajı 0 volt
olacaktır. ÇıkıĢ durumları VE kapısınkilerinin tersidir. Bu da VEDEĞĠL (NAND)mantık
kapısıdır.
46
AĢağıdaki Ģekillerde transistörle yapılan mantık kapıları ve bunların sembolleri
verilmiĢtir. Bazı sembollerin çıkıĢındaki boĢ yuvarlak değil anlamına gelir. Orneğin VE
kapısının sonunda varsa VEDEĞĠL kapısı demektir.
RA
A
B
Q1
RB
Q2
Çıkış A
RE
ÇıkıĢ
B
+VEE
ġekil 6.9. Transistörlerle yapılan VE kapısı ve Devre sembolü
A
B
RA
+VEE
-VCC
RE
RC
RB
Q1
Çıkı
ÇıkıĢ
A
B
ġekil 6.10. Transistörlerle yapılan VEYA kapısı ve Devre sembolü
S1
+VCC
RC
V
-
Çıkış
RA
A
S2
+
Lamba
RB
Q1
Q2
B
A
ÇıkıĢ
B
ġekil 6.11. Transistörlerle yapılan VEYADEĞĠL (NOR) kapısı, basit anahtar modeli ve Devre sembolü
47
-VCC
S1
+
V
RB1
-
RB2
RC
S2
Lamba
Çıkış
RA
A
RB
Q1
Q2
B
A
ÇıkıĢ
B
ġekil 6.12. Transistörlerle yapılan VEDEĞĠL (NAND) kapısı, basit anahtar modeli ve Devre sembolü
Diyotlarla yapılan mantık devrelerinin çalıĢmasını ve tansistörlerle yapılan mantık
kapılarını yukarki kısımlarda anlatmağa çalıĢtık. Bunlardan bir adım daha ileri gidilerek,
mantık kapı (geçit) devreleri tümdevreler halinde hazır olarak bulunmaktadır. Tümdevrelerde
kapı devreleri, yapılarında kullanılan elemanlara göre isimlendirilirler. Bunlar RTL (ResistorTransistor Logic), DTL (Diod-Transistor Logic), TTL (Transistor-Transistor Logic) ve metaloksit yarı-iletkenlerden yapılan CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductors)
kapılardır (geçitlerdir).
A) Transistör-Transistör Mantık Kapısı (TTM)
Bu devreler temel olarak birkaç transistör, direnç ve diyotlardan meydana gelen kapı
devreleridir. Bunlar küçük bir silikon parçası üzerinde oluĢturulur ve plastik bir malzeme
içersine yerleĢtirilir. Normal olarak aynı silikon parçası üzerine bir kapıdan daha fazlası
yerleĢtirilebilir ve her bir kapının kaynak ve giriĢ ve çıkıĢ noktaları dıĢarı çıkıĢ ayaklarına
(pin) bağlanır. Bu birleĢik ve toplu devreler entegre devre (IC: integrated circuit: Tümdevre)
olarak ifade edilir.
Bu devreler ayrı ayrı elemanlarla oluĢturulan eĢdeğer devrelerden daha güvenilir ve
daha hızlıdır, çünkü çok daha küçüktür ve minumum bağlantı gerektirir.
Bu devrelerin alıĢıla gelmiĢ kılıf Ģekli dikdörtgendir ve bağlantı pinleri iki uzun kenar
boyunca dizilmiĢtir. Bu yüzden çift sıra bacaklı (DUAL-IN-LINE (DIL)) kılıf olarak ifade
edilir. Kapı devreleri için ya 14 yada 16 bağlantı pinine sahip kılıflar kullanılır ve bunlar 14pin DIL ya da 16-pin DIL kılıfları olarak ifade edilir. Entegreler genellikle iki ana grupta
toplanır:
1) Bipolar tipi entegreler,
2) CMOS tipi entegreler.
ġekil 6.13. Entegre devrelerin kılıf Ģekilleri
48
Dörtlü iki giriĢli VEDEĞĠL (NAND)
kapısı
Dörtlü iki giriĢli VEYADEĞĠL
(NOR) kapısı
Dörtlü iki giriĢli VE (AND)
kapısı
Dörtlü iki giriĢli VEYA (OR)
kapısı
Altılı DEĞĠL (NEGATOR)
kapısı
ġekil 6.14. 74 xx serisi mantık devrelerinin iç yapıları ve bacak (pin) bağlantıları
Bipolar entegreler, npn veya pnp tipi transistörlerle gerçekleĢtirilir. ÇalıĢma voltajları
yüksektir. Yüksek hızlarda çalıĢabilirler, fakat fazla güç harcarlar.
CMOS entegreleri alan etkili olarak adlandırılırlar. 3-16V aralığında geniĢ bir çalıĢma
gerilimi vardır, güç harcamaları azdır. ÇalıĢma hızları bipolar entegrelere göre daha azdır.
Bizim deneylerimizde kullanacağımız geçitler TTL (74 xx serisi) geçitleridir. ġekil 13’te bu
serinin kılıf biçimi ve ġek. 14’te de iç yapıları ve bacak bağlantıları verilmiĢtir. Bu
tümdevrelerin herbirinde birbirinden bağımsız çalıĢan dört tane geçit bulunmaktadır. Biz
bunlardan sadece bir tanesini kullanacağız.
ARAÇLAR
1. Güç kaynağı
2. 4.7k’luk bir direnç
3. 2 tane 1N4001 diyot, bir Led diyot
4. Voltmetre ve osiloskop
5. Anahtar (üç adet)
49
6. SN74LS08 (VE: AND), SN74LS32 (VEYA: OR), SN74LS00 (VEDEĞĠL: NAND),
SN74LS02 (VEYADEĞĠL: NOR) ve SN74LS04 (DEĞĠL) geçit tümdevreleri
DENEYLER
I- DĠYOTLA YAPILAN VE, VEYA GEÇĠTLERĠ
1. Ġki diyot ve dirençle ġekil 6.15 deki devreyi kurunuz. A ve B giriĢlerinden 5 Volt
uygulanırsa 1 durumu, 0 Volt uygulanırsa 0 durumu olcak Ģekilde 4 farklı giriĢ için
çıkıĢtaki voltaj ve bunlara karĢılık gelen mantık durumlarını aĢağıdaki tablolara giriniz.
ÇıkıĢ için deney setinde LED varsa kullanabilirsiniz. Led’in yanması 1 ve sönük olması 0
durumuna karĢılık gelir.
ġekil 6. 15.
Mantık(logic) dogruluk tablosu
A
B
ÇıkıĢ
0
0
1
0
0
1
1
1
VE
Voltaj dogruluk tablosu
A
B
VçıkıĢ
0
0
5
0
0
5
5
5
2. Aynı iĢlemleri ġekil 16 devresi için de yapınız ve aĢağıdaki tabloları doldurunuz.
ġekil 6. 16.
Mantık dogruluk tablosu
A
B
ÇıkıĢ
0
0
1
0
0
1
1
1
VEYA
50
Voltaj dogruluk tablosu
A
B
VçıkıĢ
0
0
5
0
0
5
5
5
II- VE (AND) GEÇĠTĠ (Tümdevre: integrated circuit) ile
1. ġekil 17’deki devreyi SN74LS08 (VE) tümdevresi ile kurunuz. Güç kaynağından 5
voltluk bir besleme gerilimi uygulmak için her zaman, güç kaynağının (+) ucunu entegre
devrenin 14 nolu ayağına ve (-) ucunu da 7 nolu ayağına bağlayınız.
2. Güç kaynağını 5 Volta ayarladıktan sonra devreye bağlayınız. Bu kaynak hem tüm
devrelerin beslenmesinde hem de sayısal durumları 1 (5V) ve 0 (0V) elde etmekte
kullanılacaktır.
3. S1 ve S2 anahtarlarıyla giriĢlere 4 ayrı giriĢ durumunu uygulayarak doğruluk tablosunu
doldurunuz. ÇıkıĢ halini Voltmetre veya bir lede bağlayarak veya osiloskoptan
gözleyebilirsiniz.
5V
1
0
A
+
─
B
S1
V
1
0
Çıkı
Ģ
S2
ġekil 6.17. VE geçiti deney devresi
Mantık dogruluk tablosu
A
B
ÇıkıĢ
0
0
1
0
0
1
1
1
VE
Voltaj dogruluk tablosu
A
B
VçıkıĢ
III- VEYA (OR) GEÇĠTĠ
1. ġekil 6.17 deki devrede tümdevreyi SN74LS32 VEYA (OR) tüm devresi ile değiĢtiriniz,
yani ġekil 6.18 deki devreyi kurunuz.
2. Birinci deneydeki sırayı takip ederek aĢağıdaki doğruluk tablosunu doldurunuz.
51
5V
1
0
A
+
─
B
S1
V
1
0
Çıkı
Ģ
S2
ġekil 6.18.
Mantık dogruluk tablosu
A
B
ÇıkıĢ
0
0
1
0
0
1
1
1
VEYA
Voltaj dogruluk tablosu
A
B
VçıkıĢ
IV- BĠRLEġĠK VE-VEYA GEÇĠTĠ
1. ġekil 6.19 daki devreyi kurunuz.
2. S1, S2 ve S3 anahtarlarıyla her üç giriĢe bütün mümkün durumları (tabloda verilmiĢitir)
uygulayınız ve bunlara karĢılık gelen çıkıĢ mantık durumlarını aĢağıdaki tabloya
doldurunuz.
3. Aynı devrede tümdevrelerin yerlerini değiĢtirerek, ikinci tabloyu VEYA-VE geçiti için
doldurunuz.
VE-VEYA dogruluk tablosu
A
B
C
ÇıkıĢ
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
1
VEYA-VE dogruluk tablosu
A
B
C
ÇıkıĢ
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
1
52
5V
1
0
+
─
A B
S
1
1
0
Çıkı
VĢ
C
S
2
1
0
S
3
ġekil 6.19.
V- VEDEĞĠL GEÇĠTĠ
1. ġekil 20 deki devreyi kurunuz.
5V
1
0
A
+
─
B
S1
V
1
0
Çıkı
Ģ
S2
ġekil 6.20.
2. Güç kaynağını 5 Volta ayarladıktan sonra devreye bağlayınız. S 1 ve S2 anahtarlarıyla
giriĢlere 4 ayrı giriĢ durumunu uygulayarak doğruluk tablosunu (Tablo 6.1) doldurunuz.
ÇıkıĢ halini Voltmetre veya bir lede bağlayarak veya osiloskoptan gözleyebilirsiniz.
3. Devreyi ġekil 6.21 deki gibi değiĢtirerek deneyi tekrarlayınız ve Tablo 6.2’yi doldurunuz.
53
5
V
1
0
+
─
A B
S1
1
0
V Çıkı
Ģ
S2
ġekil 6.21
Tablo 6.1. Mantık doğruluk tablosu
A
0
1
0
1
B
0
0
1
1
Tablo 6.2. Mantık doğruluk tablosu
ÇıkıĢ
A
0
1
0
1
ÇıkıĢ
B
0
0
1
1
V- VEYADEĞĠL GEÇĠTĠ
1. ġekil 6.22 deki devreyi kurunuz.
2. Güç kaynağını 5 Volta ayarladıktan sonra devreye bağlayınız. S1 ve S2 anahtarlarıyla
giriĢlere 4 ayrı giriĢ durumunu uygulayarak doğruluk tablosunu doldurunuz. ÇıkıĢ halini
Voltmetre veya bir lede bağlayarak veya osiloskoptan gözleyebilirsiniz.
5V
B
A
Çıkı V
Ģ
1
1
0
S2
S1
0
ġekil 6.22.
54
+
─
VEYADEĞĠL Mantık (logic) dogruluk tablosu
A
0
1
0
1
ÇıkıĢ
B
0
0
1
1
VI- BĠLEġĠK GEÇĠTLER
1. ġekil 6.23 deki devreyi kurunuz. Devreyi kurarken bağlantıların ġekil 6.24.a daki gibi
olmasına dikkat ediniz.
2. Her üç giriĢten sırasıyla 0 ve 1 durumlarını uygulayarak Tablo 6.3’ü doldurunuz.
3. Geçitlerin yerlerini değiĢtirerek, aynı iĢlemleri tekrarlayınız ve Tablo 6.4’ü doldurunuz.
Geçitlerin yerlerini değiĢtirirken ġekil 6.24.b deki gibi olmasına dikkat ediniz.
Tablo 6.3
A
0
1
0
0
1
1
0
1
B
0
0
1
0
1
0
1
1
C
0
0
0
1
0
1
1
1
Tablo 6.4
ÇıkıĢ
A
0
1
0
0
1
1
0
1
B
0
0
1
0
1
0
1
1
C
0
0
0
1
0
1
1
1
ÇıkıĢ
5V
Çıkı
Ģ
V
B
C
1
0
1
S3
A
1
0
S2
S1
0
ġekil 6.23.
(a)A
ÇıkıĢ
B
C
55
+
─
ġekil 6.24.a
A
ÇıkıĢ
B
C
ġekil 6.24.b
SORULAR
1. Ġki giriĢli bir VE kapısında çıkıĢ mantık durumu 1 dir. Buna göre A ve B giriĢlerinin
mantık durumları ne olur?
2. Ġki giriĢli bir VE kapısı +5V luk bir kaynak voltajı ile beslenir. Bu devrede silikon eklem
diyotları kullanılmıĢtır. Eğer bu kapının bir giriĢi 0V ta ise çıkıĢ voltajı yaklaĢık olarak
kaç volt olur?
3. Ġki giriĢli bir VEYA kapısında çıkıĢ mantık durumu 0 dır. Buna göre A ve B giriĢlerinin
mantık durumları ne olur?
4. Ġki giriĢli bir VEDEĞĠL kapısında çıkıĢ mantık durumu 0 dır. Buna göre A ve B
giriĢlerinin mantık durumları ne olur?
5. Ġki giriĢli bir VEDEĞĠL kapısı +5V luk bir kaynak voltajı ile beslenir. Eğer bir giriĢi 0V
ta ise çıkıĢ voltajı yaklaĢık olarak kaç volt olur?
6. Ġki giriĢli bir VEYADEĞĠL kapısında çıkıĢ mantık durumu 1 dir. Buna göre A ve B
giriĢlerinin mantık durumları ne olur?
7. Ġki giriĢli bir VEYADEĞĠL kapısı +5V luk bir kaynak voltajı ile beslenir. Eğer bir giriĢi
5V ta ise çıkıĢ voltajı yaklaĢık olarak kaç volt olur?
56
DENEY NO
DENEYĠN ADI
DENEYĠN AMACI
:EII-7
: ĠKĠLĠ TOPLAMA VE TAM TOPLAYICILAR
: Ġkili sayılarla toplama iĢlemleri ve mantık devreleriyle yapılan
toplayıcılar.
ÖN BĠLGĠ
Bilgisayarların ve hesap makinelerinin ikili sayı sistemi ile iĢlem yaptıklarını
söylemiĢtik. Bu deneyimizde, ikili sayılarla yapılan iĢlemlerden sadece bir tanesini, toplama
iĢlemini göreceğiz. Yalnız daha önce, ikili sayı sistemini tanımamız gerekmektedir.
Sayılar, bizim alıĢkan olduğumuz onlu sistemin dıĢında, herhangi bir tabana göre de
ifade edilebilirler. (ikili, dörtlü, altılı, sekizli, v.s.). Sayı sistemleri birkaç temel prensiple
birbirine dönüĢtürülürler. ġimdi bu dönüĢmenin nasıl yapıldığını kısaca görelim.
Onlu sistemde yazılmıĢ herhangi bir sayıyı, sağ baĢtan itibaren birler hanesi (100),
onlar hanesi (101), yüzler hanesi (102) v.s. ayırırız. Örneğin, 1987 sayısı aĢağıdaki gibi ifade
edebiliriz.
1986
6x100 = 6
8x101 = 80
9x102 = 900
1x103 = 1000
+
1986
Benzer yolla, ikili sistemde yazılmıĢ bir sayıyı da, aĢağıdaki gibi ikili hanelere
ayırabiliriz ve ondalık sisteme dönüĢtürebiliriz.
11111000010
0x20 = 0
+
1x21 = 2
0x22 = 0
0x23 = 0
0x24 = 0
0x25 = 0
1x26 = 64
1x27 = 128
1x28 = 256
1x29 = 512
1x210 = 1024
1986
Bu Ģekilde ikilik sayının ondalık sisteme nasıl dönüĢtürüldüğünü de görmüĢ olduk.
Ondalık sistemdeki bir sayıyı da ikili sisteme çevirirken bu iĢlemin tersi yapılır, yani sayı
sürekli iki ile bölünür ve kalan sayılar yan yana yazılır. Bu iĢlemi küçük bir örnek üzerinde
görelim. 10 sayısını ikili sistemde aĢağıdaki gibi ifade ederiz.
10
-10
0
2
5
-4
1
2
2
-2
0
2
1
-0
1
2
0
Bu durumda (10)10 = (1010)2 elde edilir.
57
Ondalık sayılarla yapılan bütün aritmetik iĢlemler diğer herhangi bir sistemde de
yapılabilir. Yine kural aynıdır. Ancak biz sadece toplama iĢlemiyle ilgileneceğiz. Örnek
olarak 18 ve 9 sayılarını toplarsak, önce 8 ve 9 toplanır. O da 17 yapar. Bunun 7’si sağa
yazılır. 1’e de elde 1 eklenerek 2 yapar ve 7’nin soluna eklenir. Toplam 27 bulunur.
Bir toplama iĢlemi de ikili sayı sisteminde yapalım.
1011
+ 0010
1101
Yaptığımız iĢlem sırasıyla
Sayısal elektronikte yapılan toplama iĢlemi,
aynısıdır.
1+0=1 elde 0
1+1=0 elde 1
1+0=1 elde 0
1+0=1 elde 0 dir.
yukarıda son örnekte yaptığımız iĢlemin
Tablo 7.1. 0-9 arası ondalık sayılar ve bunlara karĢılık gelen ikili sayılar
Ondalık
0
1
2
3
4
Ġkili
0
1
10
11
100
Ondalık
5
6
7
8
9
Ondalık
101
110
111
1000
1001
ĠKĠLĠ YARI TOPLAYICILAR
Pratik önemi pek olmamasına rağmen, en basit toplama devresi ikili yarıtoplayıcılardır. Bu devreler, iki giriĢ, biri kalan çıkıĢı olmak üzere iki çıkıĢlı devrelerdir.
ÇalıĢma prensibi son yaptığımız toplama iĢlemiyle aynıdır. ġimdi giriĢlerden sırasıyla 0 ve 1
durumlarını uygulayalım. Devredeki VE, VEYA ve DEĞĠL geçitlerinin yaptığı görevleri
sırasıyla takip edersek toplayıcının doğruluk tablosunu hemen yazabiliriz.
Tablo 7.2. Yarı-toplayıcı doğruluk tablosu
GĠRĠġLER
ÇIKIġLAR
A
B
VE1
VEYA1
DEĞĠL
VE2
ELDE
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
1
1
0
1
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
0
0
1
Elde
A
B
VE1
Toplam
VE2
ġekil 7.1. Ġkili Yarı Toplayıcı
58
ĠKĠLĠ TAM TOPLAYICI
Yarım toplayıcıdaki ―elde‖ çıkıĢı ve iki giriĢ, yeni bir toplayıcının giriĢi olarak
alınırsa, elde edeceğimiz devre bir tam toplayıcı devre olur. Bu devre üç giriĢli ve iki
çıkıĢlıdır, ġekil 7.2. Yapılmak istenen Ģey, kalan eldeyi de sonuçta alabilmektir. Tablo 7.3’de
tam toplayıcının giriĢ ve çıkıĢları, ġekil 7.2’de numaralandırılan elemanlara göre sırasıyla
verilmiĢtir. Her bir geçidin yaptığı iĢlemi göz önüne alırsanız, çıkıĢın nasıl olacağını hemen
bulabilirsiniz.
2
9
1
3
8
6
Toplam
7
A
4
B
C
5
Elde
ġekil 7.2.
Tablo 7.3. Üç giriĢli tam toplayıcı doğruluk tablosu
A
0
1
0
0
1
1
0
1
GĠRĠġLER
B
C
0
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
2
3
ÇIKIġLAR
5
6
4
7
8
9 Top.
Elde
Bir bilgisayarda, bilgisayarın iĢlem kapasitesine göre pek çok tam toplayıcı (TT) ġekil
7.3 örneğinde olduğu gibi irtibatlanarak toplama iĢlemi yapılır. Dikkat ederseniz, bir sonraki
toplayıcının ―Elde (C)‖ çıkıĢı, bir önceki toplayıcının üçüncü giriĢini oluĢturmaktadır.
An Bn Cn-1
TT
Cn
Tn
n
(2 )
A3 B3 C2
A2 B2 C1
TT3
TT2
C3
T3
3
(2 )
C2
A1 B1 C0
C1
2
T1
1
(2 )
(a)
TT0
TT1
T2
A0 B0
(2 )
C0
T0
0
(2 )
(b)
ġekil 7.3. (a) Tam toplayıcının sembolü (b) Ard arda tam toplayıcılardan oluĢturulmuĢ 4-bit paralel
ikili tam toplayıcı
59
ARAÇLAR
1. Güç kaynağı,
2. Voltmetre veya LED,
3. SN74LS08 (VE: AND), SN74LS32 (VEYA: OR), ve SN74LS04 (DEĞĠL: NOT) geçit
tümdevreleri
DENEYLER
NOT: Deney 6 da verilen tüm devre iç yapılarını göz önüne alınız. Tümdevrelere güç
kaynağından +5 volt uygulamayı ve bunu yaparken de güç kaynağının (+) kutbunu 14 nolu
ayağa ve (─) kutbunu da 7 nolu ayaklara bağlamayı unutmayınız.
1. ġekil 7.2 deki devreyi kurunuz. ÇıkıĢı ölçmek için Osiloskop, Voltmetre veya LED
kullanabirisiniz. Bunun için bağlantı ilgili çıkıĢ ucuyla toprak veya (─) kutup arasına
yapılacaktır.
2. Her üç giriĢten sırasıyla 0 ve 1 durumlarını uygulayarak Tablo 7.3’ü doldurunuz.
SORULAR
1. 38683 sayısını ikili sayı sistemine çeviriniz.
2. 101010101110 ikili sayısını onlu sisteme çeviriniz.
3.
10111000
101110
+
ĠĢlemini yapınız.
4. ġekil 7.3’te verilen dört bitlik tam toplayıcı çıkıĢları A ve B giriĢlerinden uygulanacak
dört ayrı ayrı giriĢ durumu için ne olur? Tablo hazırlayınız.
60
DENEY NO
DENEYĠN ADI
DENEYĠN AMACI
:EII-8
: FLOP-FLOP VEYA TETĠKLEME DEVRELERĠ
: Bir flip-flop devresinin VEYADEĞĠL geçiti ile yapılması ve
karakteristiklerinin incelenmesi.
ÖN BĠLGĠ
Flip-flop veya tetikleme devreleri, iki kararlı hale sahip multivibratörlerdir. Flip-flop
herhangi bir sinyalle uyarılmamıĢsa bulunduğu hali değiĢtirmez. Bu özelliğinden dolayı flipflop devreleri bilgi saklamak için hafıza birimi, sayıcı ve kaydedici olarak kullanılırlar.
Ġki transistörlü bir flip-flop, birbirlerine çapraz bağlı iki ters çeviriciden oluĢur (ġekil
8.1). Kararlı hallerden birinde Q1 tam iletimde, Q2 kesimdedir. Q1 iletimdeyken kollektör
gerilimi hemen hemen sıfır olur. R1 ve R3 gerilim bölücü dirençleri Q2 transistörünü kesime
sürerler. Bu arada Q2 kollektöründeki gerilim RL2, R2 ve R4 dirençleriyle tespit edilen bir
değerdedir (~5 volt). Kararlı hallerden birisi de bu haldir. Kararlı hallerden diğeri de Ģudur:
Q1 iletimde, Q2 kesimde, Q1 kollektörü 0 volt ve Q2 kollektörü ~5 volttur.
Flip-flopun diğer kararlı hale geçmesi için ya Q1 bazına negatif bir darbe ya da Q2
bazına pozitif bir darbe uygulanmalıdır. Biz, Ģimdi sadece Q1 bazına negatif bir darbe
uygulandığını varsayalım. Baza uygulanan bu negatif darbe sebebiyle Q1 üzerindeki akım
azalır ve kollektör gerilimini pozitif olmaya yöneltir. Bu negatif darbe Q1 tarafından
yükseltilerek ve yükselticinin tersleme etkisi ile Q1 kollektöründe büyük bir pozitif darbe
olarak belirir. R1 ve R3 dirençlerinden oluĢan gerilim bölücü de pozitif gerilimde olduğundan
Q2 transistörü iletime geçer ve kollektör gerilimi sıfıra düĢer. Bu esnada R2 ve R4
dirençlerinden oluĢan gerilim bölücü de negatif olacağından Q1 transistörü kesime gider. Bu
hal flip-flopun ikinci karalı halidir. DıĢarıdan bir darbe gelinceye kadar sürer. Aynı iĢlem Q1
bazına negatif darbe yerine Q2 bazına pozitif darbe verilerek de yapılır.
ġekil 8.1 de gösterilen C1 ve C2 (~100pF) kondansatörleri olmadan da devre çalıĢır.
Ancak, bu kondansatörler tetikleme hızının artmasına yardım ederler. Yani transistörlerin
çabuk durum değiĢtirmelerini sağlarlar. Böylelikle transistörlerin çalıĢabileceği frekansta
büyür.
Buraya kadar anlattıklarımızı aĢağıdaki tabloda özetleyerek, FF devrelerinin asıl
fonksiyonuna geçeceğiz.
Q1 kollektörü
5 volt (1)
0 volt (0)
Q2 kollektörü
0 volt (0)
5 volt (1)
+Vcc
5V
RL1
Q1
RL2
C1
C2
R1
R2
R4
Q2
R3
-5 V
-VBB
ġekil 8.1. Transistörlü flip-flop devresi
61
Flip-flop devrelerinin iki ayrı çıkıĢı ve iki ayrı giriĢi olduğunu öğrenmiĢ olduk. Devremizi
ufak bir değiĢiklikle yeniden ele alalım. Her iki transistörün bazına birer diyot ilave edelim,
ġekil 8.2. GiriĢ ve çıkıĢlar ayrı birer amaç için kullanılır ve buna göre isimlendirilirler.
+Vcc
5V
RL1
Q çıkış
Q1
RL2
C1
C2
R1
R2
R4
D1
Q çıkış
Q2
R3
-5 V
-VBB
SET
Girişi
D2
RESET
Girişi
ġekil 8.2. Ġki giriĢ ve iki çıkıĢlı Flip-flop
D1 diyotu üzerinden olan giriĢ SET giriĢidir. Buradan uygulanan pozitif bir darbeyle
Q1 transistörü iletime Q2 transistörü kesime gider.
D2 diyotu üzerinden olan giriĢ RESET giriĢidir. Bu giriĢten uygulanan bir darbeyle Q2
transistörü iletime Q1 transistörü kesime gider.
Q1 transistörünün kollektörü: Q çıkıĢıdır. Q1 iletimdeyken buradaki çıkıĢ 0,
kesimdeyken çıkıĢ 1 dir.
Q2 transistörünün kollektörü: Q çıkıĢıdır. Q2 iletimdeyken buradaki çıkıĢ 0,
kesimdeyken çıkıĢ 1 dir.
Diğer çeĢit flip-floplarla karıĢmaması için anlatılan bu tür FF’lere SET-RESET flipfloplar denmektedir. FF giriĢleri SET (S), RESET (R) ve çıkıĢları da Q (1) ve Q (0) olarak
gösterilir.
Bu özelliklerini göz önünde tutarak, FF’lerin bilgisayarlarda ne iĢe yaradığına kısaca
değineceğiz. Diyelim ki, bir (1) bilgisini belirli bir süre bir yerlerde saklayıp sonra yerinde
kullanacağız. ĠĢte (1) bilgisinin saklanabileceği yer FF’dir. S giriĢinden FF’ye bilgiyi veririz.
Onu RESET yapmadıkça, yani silmedikçe bu bilgi flip-flopta saklanır. Bu bilgiyi silmek
istediğimiz zaman R giriĢinden bir darbe uygular ve sileriz. FF’a artık (1) bilgisini
unutmuĢtur. Aynı Ģekilde (0) bilgisini de saklayabilirdik. (0) ve (1) ikili sayılarıyla iĢlem
yapan bilgisayarlarda bilgileri geçici olarak saklamak için, anlattığımız FF’lerin binlercesi
vardır. Her bir FF, bir keresinde ya (0) ya da (1) bilgisini saklar ve bu bilgi gerektiği yerde
kullanılır ve gerekiyorsa değiĢtirilebilir.
IC Flip-Floplar
Her ne kadar transistörlü flip-floplar istenen neticeyi veriyorsa da, fazla hacim
kapladıkları için her yerde, özellikle bilgisayarlarda kullanılmazlar. Flip-flop fonksiyonu, biz
iki VEYADEĞĠL geçidinin çapraz bağlanmasıyla da elde edebiliriz. ġekil 8.3’te bu
bağlantının nasıl yapıldığı ve bir FF devre sembolü (RS tipi için) verilmiĢtir. VEYADEĞĠL
davranıĢlarını göz önünde tutarak devrenin fonksiyonunu inceleyelim.
62
BaĢta, devrenin RESET yapıldığını varsayalım (bilgisayarlarda ilk açılıĢta bu iĢlem
otomatik olarak yapılır). Q çıkıĢı 0, Q 1 halindedir (RESET hali). S giriĢinden 1 halini
uygulayalım. A geçidi giriĢleri 1 ve 0 olduğundan bu geçit çıkıĢı 0 olur. B geçidi giriĢleri bu
durumda 0 ve 0 halindedir ve çıkıĢ 1 dir. Yani, A çıkıĢına bağlı Q 0, B çıkıĢına bağlı Q ise 1
halini almıĢtır. S giriĢinden daha fazla 1 durumlarının uygulanması bu hali bozmaz. Devreyi
RESET yapmak için R giriĢine 1 halini uygulayalım. B geçidi giriĢleri 1 ve 0 olduğundan
çıkıĢ 0 olur ve A geçidi giriĢleri de 0 ve 0 olduğundan A çıkıĢı ( Q ) 1 olur. Yani, Q çıkıĢı 0,
Q çıkıĢı 1 halindedir. R giriĢinden daha fazla 1 hallerinin uygulanması bu hali bozmaz.
RESET
SET
S
Q
R
Q
B
A
Q
Q
ġekil 8.3. VEYADEĞĠL geçitleriyle yapılan Flip-flop ve FF devre sembolü.
ARAÇLAR
1. Güç kaynağı,
2. Voltmetre veya LED,
3. SN74LS02 VEYADEĞĠL geçidi,
4. 2N3053 veya BC 337 transistör,
5. Dirençler; 560, 1k
NOT: Deney 6 da verilen tüm devre iç yapılarını göz önüne alınız. Tümdevrelere güç
kaynağından +5 volt uygulamayı ve bunu yaparken de güç kaynağının (+) kutbunu 14 nolu
ayağa ve (─) kutbunu da 7 nolu ayaklara bağlamayı unutmayınız.
DENEYLER
1. ġekil 8.4 deki devreyi kurunuz.
2. AĢağıdaki tabloda verilen giriĢ hallerini kullanarak çıkıĢları gözleyiniz ve tabloyu
doldurunuz. ÇıkıĢları gözlemek için voltmetre veya Ģekildeki gibi LED kullanabilirsiniz.
63
+
5V
RESET (R)
560
LED
1
0
Q 1 k
SET (S)
A
2N3053
B
Q
ġekil 8.4.
GĠRĠġLER
S
R
0
1
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
1
1
TETĠKLEME HALLERĠ
(SET veya RESET)
ÇIKIġLAR
Q
Q
SORULAR
1. Bir tek kararlı multivibratörle çift kararlı multivibratörü karĢılaĢtırınız ve farkları yazınız.
2. Bir FF’de giriĢlere sürekli gerilim uygulama ile sadece bir darbe uygulamanın farkı var
mıdır?
3. Bir bilgisayar hafızasında 1987 sayısını saklamak için kaç tane FF devresine ihtiyaç
vardır?
4. Hafızada 1987 sayısı yerine 1988 sayısını saklamak istersek, yapacağımız iĢlemi
açıklayınız.
5. Daha önce gördüğümüz mantık devreleriyle FF arasındaki en belirgin fark nedir?
64
DENEY NO
DENEYĠN ADI
DENEYĠN AMACI
:EII-9
: SAYICILAR
: Sayıcıların öğrenilmesi.
ÖN BĠLGĠ
Sayısal elektronikte ikili sayıların ondalık sayılara dönüĢtürülmesi, frekans sayma,
bölme iĢlemleri daha önceki deneylerimizde öğrendiğimiz flip-flop devreleriyle yapılırlar.
Sayıcılar, sıralı iĢlem yapan ve belirli baĢlama Ģartı sağlandığında periyodik olarak
baĢa dönen devrelerdir. Herhangi bir reset yapılmadan önce, sayma sırasında sayıcının çıkıĢı,
giriĢten kaç tane darbe girdiğini gösterir. Bu sayma iĢlemleri ikili kod halinde gösterilir. En
çok kullanılan kod tümdevreleri (entegre) Ģu isimlerle anılırlar.
a) Ġkili sayıcılar,
b) Ġkili kodlanmıĢ onlu sayıcılar (BCD: Binary Code Decimal),
c) Gray sayıcılar.
En çok kullanılan sayıcı bakımından ikili-kodlanmıĢ onlu sayıcıları bu deneyde
inceleyeceğiz.
ġekil 9.1 de verilen devreyi ele alalım. Eğer her iki flip-flop baĢlangıçta sıfıra reset
yapılmıĢsa, ilk saat (clock) darbesinin alçalan kenarı A flip-flopunun Q çıkıĢını değiĢtirecek,
B çıkıĢını değiĢtirmeyecektir. Çünkü B’nin J giriĢi sıfır durumundadır. Ġkinci saat darbesinin
biten kenarı QA çıkıĢını 0 yaparken QB çıkıĢını da 1 yapacak ve Q B 0 olacaktır. Çünkü Q B
A’nın J giriĢine bağlıdır. Üçüncü saat darbesinin biten kenarı QB çıkıĢını 0 yaparken QA
çıkıĢını değiĢtirmez ve dolayısıyla her iki çıkıĢ sıfır olur. Bundan sonra sayıcı baĢtaki
durumuna döner ve bu hareketi tekrarlar.
QA
J
CL
K
QA
QB
J
CL
A
QA
K
QB
B
QB
Saat GiriĢi
ġekil 9.1.
ġekil 9.1 devresinin QB çıkıĢı, aynı Ģekilde hazırlanan diğer bir devrenin saat giriĢine
uygulandığı zaman, bu devrede birincinin aynısını yapacak, ancak sayma daha yavaĢ
olacaktır. Yani, baĢtaki saat giriĢini esas alırsak, ikinci sayıcının QA çıkıĢı üçüncü saat
darbesinin bitiminde, QB çıkıĢı altıncı saat darbesinin bitiminde 1 durumuna gelir. Bu Ģekilde
üçüncü bir sayıcı QA çıkıĢı dokuzuncu darbe sonunda 1 konumuna gelecektir. BaĢka
düzenlemelerde bu devre onlu sayıcı haline kolaylıkla sokulabilir. ġimdilik bu sayıcıdan iki
tanesini ard arda (kaskat) bağlayarak sayıcı iĢlemini
65
1
0
SAAT
1
0
QA
1
0
ġekil 9. 2. Sayıcı giriĢ ve çıkıĢ darbeleri (puls)
QB
ARAÇLAR
1. Güç kaynağı,
2. Voltmetre veya LED, Osiloskop
3. SN74LS76 tüm devresi,
4. Deney seti,
5. Bağlantı kabloları
NOT: ġekil 9.3’te SN74LS76 tüm devresinin bacak bağlantıları görülmektdir. Ġçinde
bağımsız iki ayrı flip-flop vardır. ġekil 9.2 deki devreyi kurarken Q1’i QA ve Q2’yi de QB
olarak alınız. Değillerini de benzer oalrak düĢünün. Her iki PRESET giriĢlerine mantık 1 (5
volt sürekli) giriĢi veriniz.
ġekil 9.3. 7476 Tümdevresi
66
DENEYLER
1. ġekil 9.1 deki devreyi kurunuz.
2. Önce deney seti üzerindeki darbe çıkıĢ terminallerinden birisinden alacağınız sinyali
ortak bağladığınız CLK (Saat) giriĢlerine uygulayınız. QA (Q1) ve QB (Q2) çıkıĢlarını da 1
ve 2 numaralı LED terminallerine bağlayınız. Butona basarak uygulayacağınız sinyallere
karĢılık QA (Q1) ve QB (Q2) çıkıĢlarını ledlerden gözleyiniz. Aynı sayma iĢlemini, deney
seti veya sinyal üretecinden 1 Hz kare dalga ile de yapabilirsiniz. Gözlemlerinizi
aĢağıdaki tabloya doldurunuz.
Darbe sayısı
QA
QB
1
2
3
4
3. Osilatör frekansını 1, 10 veya 100kHz yapınız. Osiloskop giriĢlerinden birisine saat
darbelerini, diğer giriĢine sırasıyla QA ve QB çıkıĢ darbelerini uygulayarak çift iz
konumunda gözleyiniz. Dalga Ģekillerini mukayeseli olarak çiziniz.
4. Birinci sayıcıya benzer ikinci bir sayıcı devre kurunuz ve birincinin QB çıkıĢını ikinci
sayıcının Clock (saat) giriĢine uygulayınız. Aynı gözlemleri yaparak aĢağıdaki tabloyu
doldurunuz ve osiloskop gözlemlerini çiziniz.
Darbe sayısı
QA2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
67
QB2
DENEY NO
DENEYĠN ADI
DENEYĠN AMACI
:EII-10
: ĠKĠLĠ-ONDALIK KODLAYICILAR VE LED GÖSTERGELER
: Kodlayıcıların öğrenilmesi
ÖN BĠLGĠ
Kısaca BCD ondalık sayıcılar diye isimlendirilen sayıcı tümdevreler, bir önceki
deneyde yaptığımız sayma iĢleminin aynısını yaparlar. GiriĢten verilen saat darbelerini
sayarak bunu A, B, C ve D çıkıĢlarından ikili kodlanmıĢ olarak verirler. A, B, C ve D
çıkıĢlarının ne olacağı, 0-9 arası sayıların ikili sistemde ifade edilmesiyle bulunabilir. Deneye
baĢlamadan aĢağıdaki çevirme tablosunu doldurunuz.
Ondalık
A
B
C
D
0
0
0
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Bu iĢlemi yapan tümdevrelerin içinde en çok kullanılan 7490 BCD ondalık
sayıcılardır. Bu tümdevrelerin içinde 4 tane flip-flop vardır ve deney 9 benzeri bir Ģekilde
birbirlerine bağlanmıĢlardır. Bir giriĢ ve 4 çıkıĢ vardır (A, B, C, D). ÇıkıĢlar, yukarda
dolduracağınız onlu-ikili dönüĢüm tablosundaki gibi olacaktır.
GiriĢ A
BoĢ
A
D
GND
B
C
14
13
12
11
10
9
8
1
2
3
4
5
6
7
Reset
Reset
BoĢ
Vcc
Reset
Reset
GiriĢ B
ġekil 10.1. 7490 Tümdevresi bacak bağlantıları
KOD ÇÖZÜCÜLER
Kod çözücüler, 4 giriĢ ve 7 çıkıĢı olan tümdevrelerdir, ġekil 10.2. GiriĢlerden
uygulanan ikili kodlanmıĢ ondalık sayıları, 7 bölmeli LED göstergeyi sürecek Ģekilde
hazırlanmıĢlardır. Deney setimizin içinde kod çözücü ve 7 bölmeli LED gösterge hazır
bulunmaktadır (iki tane). GiriĢler set üzerinde A1, B1, C1, D1 ve A2, B2, C2 D2 olarak
68
iĢaretlenmiĢtir. Bu giriĢler, kod çözücü tümdevre ve LED gösterge bağlantıları ġekil 10.3’deki
gibidir.
ġekil 10.2. 7447 tümdevresi bacak bağlantıları ve yedi bölmeli LED
ABCD
a b
c d
e f g
ġekil 10.3. Kod çözücü tümdevre ve LED gösterge bağlantıları
Kod numarası 7447 olan tümdevreler bu amaçla hazırlanmıĢtır ve LED’leri ondalık
sayı sistemine dönüĢtürecek Ģekilde sürerler.
7 BÖLMELĠ LED GÖSTERGE
Ġkili kodlanmıĢ sayıları ondalık sayıya dönüĢtürme iĢlemini yapan kod çözücü
tümdevreye (7447) 7 ayrı LED’den oluĢmuĢ (Ortak katodlu veya ortak anotlu olabilir)
göstergeyi sürer. ġekil 10.4’te 7 bölmeli göstergenin ayrıntılı yapısı görülmektedir. Bu Ģekle
yaparak ve daha önce doldurduğunuz tabloyu kullanarak kod çözücü tümdevre çıkıĢlarının ne
olacağını kolayca bulabilirsiniz. Bunu daha iyi öğrenmek için aĢağıdaki tabloyu doldurunuz.
Örnek olarak LED’in 0 (sıfır) göstermesi için birinci satır doldurulmuĢtur.
ġekil 5’de tek haneli bir sayıcı devre verilmiĢtir. Böyle bir sayıcı yan yana seri bağlanarak çok
haneli (ikili, üçlü vs.) sayıcı, frekans bölücü devreler kolaylıkla yapılabilir. Bunun için bir
önceki sayıcının D ucundan alınacak darbelerin bir sonraki saat giriĢine bağlanması yeterlidir.
69
a
Ondalık
a
b
c
d
e
f
g
0
1
1
1
1
1
1
0
1
f
b
2
g
3
e
c
4
d
5
Yedi Bölmeli LED
6
7
8
9
ġekil 10.4.
+5V
0.01µF
7
6
10
2
3
5
14
11
8
9
12
1
Saat Darbe
GiriĢi
Saat Darbe
GiriĢi
16
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
+5V
8
Ortak Anotlu 7 Bölmeli LED
3
+5V
14
ġekil 10.5.
ARAÇLAR
Deney seti, tümdevre: 7490 kodlayıcı, 7447 kod çözücü, bağlantı kabloları, 7x330 dirençler,
2x0.01µF kondansatör.
70
DENEYLER
1. Deney setinde bulunan S1,S2, S3 ve S4 anahtarlarına bağlı 1, 2, 3, 4 numaralı terminalleri
karĢılıklı olarak A1, A2, A3 ve A4 HEX GÖSTERGE terminallerine bağlayınız. S1,S2, S3
ve S4 anahtarlarından uygulayacağınız ikili kodlanmıĢ sayılarla doldurduğunuz birinci
tabloyu karĢılaĢtırınız. UyuĢuyor mu?
2. Yine, birinci ve ikinci tabloyu kullanarak ve ġekil 10.4’te verilen LED bağlantılarını
kullanarak doldurduğunuz ikinci tabloyu karĢılaĢtırınız. UyuĢuyor mu?
3. ġekil 10.5 devresini kurunuz. A, B, C, D çıkıĢlarını HEX GÖSTERGE terminallerine
sırayla bağlayınız. Sayılacak darbeyi SET üzerindeki basmalı butonlardan (Q çıkıĢı) veya
osilatör çıkıĢı (1 Hz konumunda) alabilirsiniz. LED göstergenin sayma sırası doğru mu?
4. ġekil 10.1 de 7490 bağlantılarını göz önüne alarak, 9 sayı sayıldıktan sonra baĢa dönmek
için hangi bağlantıyı yapmanız gerekir? Bu bağlantıyı yaparak sayma iĢlemini tekrar
tekrar yapınız.
5. Ġki haneli sayıcı Ģemasını çiziniz.
71