yarı iletken diyotlar - SABİS

TC
SAKARYA ÜNİVERSİTESİ
TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
ELM202
ELEKTRONİK-II DERSİ
LABORATUAR FÖYÜ
DENEYİ YAPTIRAN:
DENEYİN ADI:
DENEY NO:
DENEYİ YAPANIN
ADI ve SOYADI:
SINIFI:
OKUL NO:
DENEY GRUP NO:
DENEY TARİHİ
RAPOR TESLİM TARİHİ
KONTROL
DEĞERLENDİRME
Ön Çalışma
(%20)
Deney
Sonuçları
(%20)
Deney No:
12
Sözlü
(%20)
Deney
Performansı
(%20)
Deney
Raporu
(%20)
Program Çıktıları
1, 2, 3, 4, 5
TOPLAM
Elektronik Dersi Deney Föyleri
Doc.Dr. Ali Fuat Boz
FARK YÜKSELTEÇLERİ
DENEY 12 :
AMAÇ: İşlemsel yükselteçlerin temel taşı olan fark yükselteçlerini tanımak, çalışma prensibini
öğrenmek ve çalışma durumlarını incelemek.
TEORİ: Analog elektroniğin vazgeçilmez elemanlarından olan işlemsel yükselteçler(Operational
Amplifiers) birçok matematiksel işlemin yerine getirilmesinde uzun yıllardır kullanılmaktadır.
Örneğin toplama, çıkarma, integral alma, türev alma, karşılaştırma, elektronik röle, aktif filtre, osilatör
vb. birçok uygulamada kullanılmakta ve diğer elemanlara göre dizayn işlemlerini basitleştirmektedir.
Op-Amp’ların iç yapısı incelenirse giriş katında bir fark(differential) yükseltecinin olduğu ve daha
sonra bu yükselteç çıkışının, diğer yükselteç katları ile önce genlik daha sonrada güç yükseltimine tabi
tutulduğu görülebilir. Fark yükselteçlerinin çalışma prensiplerinin anlaşılması op-amp’ların çalışma
prensibini büyük ölçüde kolaylaştırmaktadır. Şimdi kısaca fark yükselteçlerini inceleyelim. Tipik bir
fark yükselteci aşağıdaki şekilde görüldüğü gibidir.
+Vcc
RC
RC
V o1
Vİ1
V o2
Q1
Q2
Vİ2
RE
-VEE
Burada kullanılan transistörlerin aynı tip ve özellikte olması büyük önem arz etmektedir. Yine
kullanılan RC dirençleri ve DC besleme kaynakları birbirlerine eşit olmalıdır. Bu devrenin çalışması üç
durumda incelenebilir. Birincisi tek girişli çalışma durumudur. Bu durumda aşağıdaki şekilde
görüldüğü gibi yükselteç girişlerinden birisi şase yapılırken, diğerine AC bir sinyal verilir. Devrenin
DC analizi için Q2 transistörünün beyz- emiter uçları arasına bağlı kapalı elektrik devresine
Kirchoff’un gerilim kanununu uygularsak, RE direnci üzerinden geçen IRE akımı şu şekilde bulunur.
I RE 
VEE  VBE
RE
Devreden görüldüğü gibi, her bir transistörün emiter akımı bu akımın yarısına eşittir, yani;
I E1  I E 2  E 
I RE
2
olur. Buradan her bir transistör için re değeri;
re1  re 2  re 
olarak bulunur.
2
26mV
I E (mA)
Elektronik Dersi Deney Föyleri
Doc.Dr. Ali Fuat Boz
+Vcc
RC
RC
V o1
Vİ1
V o2
Q1
Q2
Vİ2
RE
-VEE
Buna göre devrenin Vİ1 girişinden VO1 çıkışına olan gerilim kazancı;
AV 1 
VO1
R
 C ,
Vİ 1
2re
Vİ1 girişinden VO2 çıkışına olan gerilim kazancı ise;
AV 2 
VO 2 RC

Vİ 1 2re
olarak bulunur. Not: Eşitliklerin elde edilmesi için ders notlarınıza bakınız.
İkinci çalışma durumu ise her iki girişe farklı farklı AC sinyallerin uygulandığı iki girişli çalışma
durumudur. İki girişli çalışma durumu aşağıda görülmektedir.
+Vcc
RC
RC
V o1
Vİ1
V o2
Q1
Q2
Vİ2
RE
-VEE
Bu durumun analizi için tek girişli durumdan yararlanabiliriz. Eğer tek girişli durum gerilim kazançları
incelenirse, Vİ1’den verilen AC sinyal VO1’den 180o faz farklı olarak, VO2’den ise faz farksız yani aynı
fazlı olarak alınmakta idi(yükseltme faktörü her iki çıkış içinde aynı idi). Bu durumun terside
doğrudur. Zira Vİ2’den vereceğimiz AC sinyal VO2’den 180o faz farklı, VO1’den ise aynı fazlı olarak
alınmaktadır. Böyle olunca her iki girişe vereceğimiz sinyallerin oluşturacağı çıkış sinyalleri VO1 veya
VO2’de aritmetik olarak toplanacaktır. Eğer her iki girişte aynı fazlı ise buna göre çıkışlar birbirinden
çıkarılacaktır. Bu durumda kazanç aynı kalacaktır. Bu durumu matematiksel olarak ifade edersek;
3
Elektronik Dersi Deney Föyleri
Doc.Dr. Ali Fuat Boz
AVd 
olacaktır. Burada Vİd ile gösterilen değer,
VO
R
 C
Vİd
2re
Vİd  Vİ 1  Vİ 2
olacaktır.
Üçüncü çalışma durumu ise her iki girişe de aynı sinyalin uygulandığı ortak çalışma durumudur. Bu
çalışma durumu aşağıda görülmektedir.
+Vcc
RC
RC
V o1
Vİ1
V o2
Q1
Q2
Vİ2
RE
-VEE
Şekilden görüldüğü gibi her iki girişe de aynı sinyal uygulanmıştır. Dolayısı ile iki girişli durum
analizi sonucuna göre yükselteç çıkışlarından sıfır voltluk bir çıkış bekleyebiliriz. Ama gerçekte bu
böyle olmaz ve bu çalışma modunda aşağıdaki gerilim kazancı elde edilir(bakınız ders notları).
AVC 
VO
RC
RC


Vİ
re  2(   1) RE re  2 RE
İdealde bu değerin sıfır olması istenmektedir, pratikte sıfır yapmak mümkün olmasada sıfıra
yaklaştırmak mümkündür. Formül incelenirse RC değerini düşürmek bu kazancı düşürmesine rağmen,
normal çalışmadaki kazancıda düşürmektedir, dolayısı ile RC ile bu değeri sıfıra yaklaştırmak mümkün
değildir. Yine re değeri zaten çok küçük bir değer olduğundan formülde buda etkisiz kabul edilebilir.
Diğer taraftan RE direncini arttırmak ise DC emiter akımını azaltmaktadır ki, bu istenmeyen bir
durumdur. O zaman DC emiter akımını azaltmadan RE direncini arttırmanın bir yolunu bulmak
gerekmektedir. Buna çözüm olarak sabit akım kaynaklarını gösterebiliriz. Bilindiği gibi ideal akım
kaynaklarının iç direnci sonsuzdur, pratikte ise çok büyüktür ve bu akım kaynakları istenilen bir akımı
verebilmektedir. Bu yüzden RE direnci yerine aşağıda görüldüğü gibi sabit bir akım kaynağı bağlamak
akıllıcadır.
Eğer devre incelenirse Q1 ve Q2 transistörlerinden yine istenilen bir DC emiter akımı geçirilirken, daha
önceki RE direnci yerine bağlanan Q3 transistörünün yüksek değerlikli emiter-kollektör arası iç
direnci(ro), ortak çalışmadaki kazancı sıfıra yaklaştıracaktır. Buna göre yukarıdaki formül yaklaşık
olarak şu şekilde yeniden düzenlenebilir.
AVC 
VO
RC

Vİ
re  2ro
4
Elektronik Dersi Deney Föyleri
Doc.Dr. Ali Fuat Boz
+Vcc
RC
RC
V o1
V o2
Q1
Vİ1
Q2
Vİ2
Q3
r0
R1
R2
RE
-VEE
İŞLEM BASAMAKLARI
Not: İşlem basamaklarında yapacağınız voltaj ölçümlerini osilaskop ile yapınız. Ölçüm sırasında Volt/div ve
Time/div düğmelerini ayarlayarak, ölçülecek sinyali/sinyalleri ekrana sığabilecek en büyük konuma getiriniz.
1- Aşağıdaki devreyi deney seti üzerine kurunuz ve devreye 12 V DC besleme uygulayınız.
+12V
RC 10K
V o1
Vİ1
10K
V o2
BC238B
Q1
Q2
BC238B
P
RC
Vİ2
250 
12K
RE
-12
2- Her iki girişi de şase yaparak, VO1 ve VO2 çıkışları arasına bir voltmetre bağlayınız. Daha sonra P
potansiyometresini ayarlayarak voltmetreden sıfır volt okuyunuz. Bu noktadan sonra potansiyometre ile
ayar yapmayınız(sabit bırakınız). Böylece devredeki elemanlardan dolayı oluşabilecek farklılıkları
dengelemiş ve eşit hale getirmiş olduk.
3- Şimdi Vİ1 girişine 50 mVp-p / 1 KHz değerinde bir sinüs sinyali uygulayınız. Bu durumda Vİ1 şase
seviyesinde olmalıdır. Bu durumda VO1 ve VO2 çıkışlarını osilaskop ile ölçerek aşağıya kaydediniz.
5
Elektronik Dersi Deney Föyleri
Doc.Dr. Ali Fuat Boz
Vo1 (t)
t (s)
0
Vo2 (t)
t (s)
0
4- Bu adımda yukarıda bulduğunuz sonuçları ve giriş sinyalinin genlik değerini kullanarak devrenin
gerilim kazancını hesaplayıp aşağıya kaydediniz.
AV 
VO
 ………………….
Vİ
5- Şimdi Vİ2 girişinede ayrı bir kaynaktan 30 mV / 1KHz değerinde bir sinüs sinyali uygulayınız(V İ1’de
3. adımdaki AC sinyal kaynağı bağlı iken). Bu durumda VO1 ve VO2 çıkışlarını osilaskop ile ölçerek
aşağıya kaydediniz.
Vo1 (t)
t (s)
0
6
Elektronik Dersi Deney Föyleri
Doc.Dr. Ali Fuat Boz
Vo2 (t)
t (s)
0
6- Bu adımda devredeki her iki girişi kısa devre ediniz ve iki girişe birden aynı kaynağı 50 mV / 1KHz
değerinde sinüs uygulayarak bağlayınız. Bu durumda Çıkış dalga şekillerini aşağıya kaydediniz.
Vo1 (t)
t (s)
0
Vo2 (t)
t (s)
0
7- Bu durum için ortak mod gerilim kazancını giriş sinyalinin değerini ve yukarıdaki çıkış sinyali
değerlerinden birini kullanarak hesaplayınız ve aşağıya kaydediniz.
AVC 
VO
 ………………….
Vİ
8- Bu adımda ortak mod çalışmadaki kazancı düşürmek için aşağıdaki devreyi deney seti üzerine kurunuz.
7
Elektronik Dersi Deney Föyleri
Doc.Dr. Ali Fuat Boz
+12V
RC 10K
V o1
Vİ1
10K
V o2
RC
BC238B
Q1
Q2
BC238B
P
Vİ2
250 
Q3
r0 BC238B
R1
100K
R2
RE
1K
15K
-12 V
9- Bu devre ile daha önce kurduğunuz devredeki Q1 ve Q2 transistörlerinin emiter akımlarının yaklaşık
aynı olduğunu hesaplama ile teyyid ediniz.
10- 2. adımda uyguladığınız dengeleme işlemini bu adımda tekrarlayınız ve her iki giriş arasında sıfır volt
elde edinceye dek P potansiyometresini ayarlayınız.
11- Şimdi Vİ1 girişine 50 mVp-p / 1 KHz değerinde bir sinüs sinyali uygulayınız. Bu durumda Vİ1 şase
seviyesinde olmalıdır. Bu durumda VO1 ve VO2 çıkışlarını osilaskop ile ölçerek aşağıya kaydediniz.
Vo1 (t)
t (s)
0
Vo2 (t)
t (s)
0
8
Elektronik Dersi Deney Föyleri
Doc.Dr. Ali Fuat Boz
12- Bu adımda yukarıda bulduğunuz sonuçları ve giriş sinyalinin genlik değerini kullanarak devrenin
gerilim kazancını hesaplayıp aşağıya kaydediniz.
AV 
VO
 ………………….
Vİ
13- Şimdi Vİ2 girişinede ayrı bir kaynaktan 30 mV / 1KHz değerinde bir sinüs sinyali uygulayınız(V İ1’de 3.
adımdaki AC sinyal kaynağı bağlı iken). Bu durumda VO1 ve VO2 çıkışlarını osilaskop ile ölçerek
aşağıya kaydediniz.
Vo1 (t)
t (s)
0
Vo2 (t)
t (s)
0
14- Bu adımda devredeki her iki girişi kısa devre ediniz ve iki girişe birden aynı kaynağı 50 mV/ 1KHz
değerinde sinüs uygulayarak bağlayınız. Bu durumda Çıkış dalga şekillerini aşağıya kaydediniz.
Vo1 (t)
t (s)
0
9
Elektronik Dersi Deney Föyleri
Doc.Dr. Ali Fuat Boz
Vo2 (t)
t (s)
0
15- Bu durum için ortak mod gerilim kazancını, giriş sinyalinin değerini ve yukarıdaki çıkış sinyali
değerlerinden birini kullanarak hesaplayınız ve aşağıya kaydediniz.
AVC 
VO
 ………………….
Vİ
Sonuçların Analizi:
123456-
Bu deney sonucu gördüğünüz deneysel ve teorik çalışma farklarını açıklayınız.
Devrenin nasıl fark yükselteci olarak çalıştığını açıklayınız.
Deneyde kullandığınız iki devre arasındaki farkları açıklayınız.
Akım kaynağı kullanmak devrenin çalışması üzerinde nasıl bir etki oluşturdu?
Ortak mod çalışmadaki kazancı sıfıra daha yakın yapmak için sizin çözüm önerileriniz nedir? Açıklayınız.
Fark yükseltecinin kullanılabileceği uygulama alanlarını belirtiniz.
SORULAR
1- Fark yükseltecinde bulunan RE direncinin görevini açıklayınız.
2- Devrede kullanılan ve aynı olması gereken elemanların karakteristiklerindeki farklılıklar devrenin
çalışmasını nasıl etkiler?
3- Op-Amp’larda bulunan ofset gerilimini araştırınız ve bu devre ile ilişkisini açıklayınız.
10