00316 ELEKTRONĐK DENEY FÖYLERĐ

Đnönü Üniversitesi
Mühendislik fakültesi, Elektrik-Elektronik Bölümü
00316 ELEKTRONĐK DENEY FÖYLERĐ
Ders Sorumlusu: Yard. Doç. Dr. M. E. Tagluk
Bu dönemde yedi deney + bir uygulamalı ödev olarak bir ses anfisi (yükselteç) yapılacaktır.
Deneylerin başarılı bir şekilde yapılabilmesi için birinci dönemde yaptığınız deneylerin tümünü çok
iyi bilmeniz gerekmektedir. Takıldığınız noktaları Laboratuar danışmanınıza veya ders
sorumlusundan yardım alabilirsiniz.
Uygulama Ödevi:
Mıkrofon
AUDIO (Ses) YÜKSELTECĐ
Pre-anfi, Orta kat-anfisi ve Son kat anfisi.
Hoparlör
Özellikle son iki hafta yoğunlaşacağımız bu ses anfisini ikinci dönem boyunca hazırlanmaya
çalışılacaktır. Anfi şeması özellikle verilmeyişinin nedeni her öğrencinin kendi çabasıyla araştırıp
uygun bulduğu bir anfi devresini tasarlamasıdır.
1
EEM 316 ELEKTRONĐK LABARATUVARI
DENEY NO : 1
DENEY ADI: Darlington düzenleme yükseltecin analizi.
AMAÇ
: BJT’li Darlington düzenleme yükseltecin laboratuar şartlarında Gerilim, Akım
kazançları, Giriş ve çıkış empedanslarını ölçme ve değerlendirme.
Ön çalışma :
Şekil 1.1 de verilen Darlington yükselteç için; RB=500K, RE=5K ve RL=5K için,
a) devrenin DC analizini yapınız.
b) Devrenin AC analizini yapınız. Av, Ai ve Ap kazançlarını hesaplayınız.
c) Devrenin giriş ve çıkış empedanslarını orta frekans bandında hesaplayınız.
VCC=20V
Q1
Q2
hie=3.5K hie=0.13K
hfe=50
hfe=50
hoe=10µS hoe=10µS
RB
Vi
Ci=10µF
Co=20µF
IE
RE
Zi
Vo
RL
Zo
Şekil 1.1
Deney basamakları:
1. Şekil 1.1 de verilen Darlington yükselteç devresini kurunuz ve VoQ kesime girmeden ve
maximum oluncaya kadar RB potansiyometresini ayarlayınız. (Not eğer 500K küçük gelirse daha
büyük pot kullanınız). Giriş geriliminin frekansını 1KHz ye ayarlayınız.
2. Devrenin Akım ve gerilim kazançlarını osiloskop kullanarak ölçünüz.
3. Devrenin giriş ve çıkış empedanslarını ölçünüz.
Değerlendirme:
Elde ettiğiniz Av ve Ai ölçümlerinden Ap yi hesaplayınız. Bulduğunuz pratik ve teorik sonuçları
karşılaştırınız. Olası farklılıkların nedenini açıklayınız. Bu tür devreler niçin gereklidir? Nerelerde
kullanılır? Açıklayınız.
Malzeme Listesi:
Devrede bulunan rezistanslar, kapasianslar 2x5K, 500Kpot, 10,20µF, 1 adet NPN, 1 adet güçlü NPN
(BD serisinden) transistor.
2
EEM 316 ELEKTRONĐK LABARATUVARI
DENEY NO : 2
DENEY ADI: Çift Kutuplu eklem transistörlü (BJT) ses amplifikatörün frekans analizi
AMAÇ
: BJT’li ses yükselteçlerin frekans tepkisini laboratuar şartlarında elde etmek ve devre
parametrelerinin frekans tepkisine etkisini incelemek.
Ön çalışma :
Şekil 2.1 de verilen anfi için; R1=50K, R2=10K, RC=5K, RE=1K, RL=10K, hie=1K, hfe=100
Ci=10µF, Co=10µF ve CE=20µF ise,
a) Devrenin DC analizini yapınız.
b) Devrenin AC analizini yapınız.
c) Devreye bağlanan Ci Co ve CE kapasitanslardan hangisi devrenin alçak kesim frekansını belirler?
hesaplayınız.
d) Eğer RL yerine bu anfinin aynısından bir tane daha bağlanırsa (iki bir katlı anfi olursa) frekans
tepkisi nasıl değişir?
e) Eğer Ci=20µF, Co=20µF ve CE=50µF ise devrenin frekans tepkisi nasıl olur?
VCC=20V
R1
RC
Vo
Co
RS
Vi
Ci
RE
R2
CE
RL
Şekil 2.1
Deney basamakları:
1. Şekil 2.1 de verilen devreyi kurunuz ve VoQ=Vcc/2 oluncaya kadar R2 yi ayarlayınız.
2. Devrenin frekans cevabını osiloskop kullanarak Ci=1µF, Co=1µF ve CE=20µF için elde ediniz ve
defterinize ölçekli olarak çiziniz.
a. Devrenin Vi girişine sinyal generatörünü bağlayınız ve 1KHz de devrenizin çıkışı kesime gitmeyecek şekilde AC
genliği ayarlayınız.
b. Sinyal jeneratörün frekans düğmesini sıfır dan başlayarak yavaş yavaş arttırarak osiloskop ile devrenin çıkış
gerilimini okuyup kayd ediniz (en az on değer).
c. Okuduğunuz bu değerleri birleştirerek devrenin frekansa bağlı tepkisi elde edilecektir.
d. Devrenin kesim frekanslarını maximum çıkış genliğini 0.707 ile çarpıp elde edilen değere karşılık gelen genliğin
elde edildiği frekanslari okuyarak defterinize not ediniz.
3 Size verilen kapasitanslardan Ci, Co ve CE nin her birisi için ayrı ayrı üç değişik kapasitans değeri
için 2. şıkkı tekrarlayınız ve kapasitansların frekans cevabı üzerindeki etkisini saptayınız.
4 RL yerine bu anfinin aynısından bir tane daha kurup devreyi iki katlı bir anfi haline getiriniz ve
tüm devrenin frekans tepkisini Ci=1µF, Co=1µF ve CE=20µF için elde edip çiziniz.
Değerlendirme:
Elde ettiğiniz ölçümlerden yola çıkarak devredeki kapasitanslarının frekans tepkisini nasıl
etkilediğini yorumlayınız. Buna göre ses anfisi tasarımında devre elemanlarının seçiminde nelere
dikkat edilmelidir açıklayınız.
Malzeme Listesi: Devrede bulunan rezistanslar, kapasianslar 1, 10, 20,50,100µF, 2 tane NPN
transistor
3
EEM 316 ELEKTRONĐK LABARATUVARI
DENEY NO : 3
DENEY ADI: Alan etkili transistörlü (FET) amplifikatörün frekans analizi
AMAÇ
: FET’li ses anfilerin frekans tepkisini laboratuar şartlarında elde etmek ve devre
parametrelerinin frekans tepkisine etkisini incelemek.
Ön çalışma :
Şekil 3.1 de verilen anfi için; RG=1M, RD=5K, VP=-6V, IDSS=10mA, Ci=10µF, Co=10µF ve
CS=20µF ise,
a) Ddevrenin DC analizini yaparak VO=VDD/2 olacak şekilde RS ‘i hesaplayınız.
b) Devrenin AC analizini yapınız
c) Devreye bağlanan Ci Co ve CE kapasitanslardan hangisi devrenin alçak kesim frekansını belirler?
hesaplayınız.
d) Eğer RL yerine bu anfinin aynısından bir tane daha bağlanırsa (iki bir katlı anfi olursa) frekans
tepkisi nasıl değişir?
e) Eğer Ci=20µF, Co=20µF ve CE=50µF ise devrenin frekans tepkisi nasıl olur?
VDD=20V
RD
CO
Vo
Ci
Vs
RG
RS
Cs
RL
Şekil 3.1
Deney basamakları:
1. Şekil 3.1 de verilen devreyi kurunuz ve VoQ=Vcc/2 oluncaya kadar RS ‘i ayarlayınız.
2. Devrenin frekans cevabını osiloskop kullanarak Ci=1µF, Co=1µF ve CE=20µF için elde ediniz ve
defterinize ölçekli olarak çiziniz.
a. Devrenin Vi girişine sinyal generatörünü bağlayınız ve 1KHz de devrenizin çıkışı kesime gitmeyecek şekilde AC
genliği ayarlayınız.
b. Sinyal jeneratörün frekans düğmesini sıfır dan başlayarak yavaş yavaş arttırarak osiloskop ile devrenin çıkış
gerilimini okuyup kayd ediniz (en az on değer).
c. Okuduğunuz bu değerleri birleştirerek devrenin frekansa bağlı tepkisi elde edilecektir.
d. Devrenin kesim frekanslarını maximum çıkış genliğini 0.707 ile çarpıp elde edilen değere karşılık gelen genliğin
elde edildiği frekanslari okuyarak defterinize not ediniz.
3. Size verilen kapasitanslardan Ci, Co ve CE nin her birisi için ayrı ayrı üç değişik kapasitans değeri
için 2. şıkkı tekrarlayınız ve kapasitansların frekans cevabı üzerindeki etkisini saptayınız
4. RL yerine bu anfinin aynısından bir tane daha kurup devreyi iki katlı bir anfi haline getiriniz ve
tüm devrenin frekans tepkisini Ci=1µF, Co=1µF ve CE=20µF için elde edip çiziniz.
Değerlendirme:
Elde ettiğiniz ölçümlerden yola çıkarak devredeki kapasitanslarının frekans tepkisini nasıl
etkilediğini yorumlayınız. Buna göre ses anfisi tasarımında devre elemanlarının seçiminde nelere
dikkat edilmelidir açıklayınız.
Malzeme Listesi: Devrede bulunan rezistanslar, kapasianslar 1, 10, 20,50,100µF, 2 tane FET
transistor
4
EEM 316 ELEKTRONĐK LABARATUVARI
DENEY NO : 4
DENEY ADI: Büyük sinyal yükselteçlerinin analizi.
AMAÇ
: Ses anfilerinin çıkış katında bulunan büyük sinyal yükselteçlerini laboratuar şartlarında
tasarlamak ve devrenin frekans tepkisini ve verimini ölçmek.
Ön çalışma :
Şekil 4.1 a ve b de verilen büyük sinyal anfileri için; R1=R2=20K, R=5Kpot, ise,
a) Ddevrenin DC analizini yaparak VO, IO çıkış gerilimi ve akımını hesaplayınız..
b) Devrenin verimini (Po/Pi) hesaplayınız. Maximum verim için R1=R2 ve R değerlerini yeniden
hesaplayınız.
c) Devrenin giriş ve çıkış empedanslarını hesaplamaya çalışınız.
VCC=20V
VCC=20V
R1
R1
C1=1µF
Q1
Q1
Ci=1µF
VO
Vi
R
V0
Vi
Q2
RL=8Ω
R2
C0=20µF
R
Q2
C2=1µF
RL=8Ω
R2
-VEE=-20V
(a)
(b)
Şekil 4.1
Deney basamakları:
1. Şekil 4.1 a da verilen tümler devreyi kurunuz.
2. Devrenin çıkı (Vo=Vi) olacak şekilde maksimum bozulmasız çıkış AC gerilimi içim R direncini
ayarlayınız. Po/Pi verimini osiloskop’la ölçerek bulunuz. Devrenin frekans tepkisi için:
a. Devrenin Vi girişine sinyal generatörünü bağlayınız ve 1KHz de devrenizin çıkışı kesime gitmeyecek şekilde AC
genliği ayarlayınız.
b. Sinyal jeneratörün frekans düğmesini sıfır dan başlayarak yavaş yavaş arttırarak osiloskop ile devrenin çıkış
gerilimini okuyup kayd ediniz (en az on değer).
c. Okuduğunuz bu değerleri birleştirerek devrenin frekansa bağlı tepkisi elde edilecektir.
d. Devrenin kesim frekanslarını maximum çıkış genliğini 0.707 ile çarpıp elde edilen değere karşılık gelen genliğin
elde edildiği frekanslari okuyarak defterinize not ediniz.
3. Şekil 4.1. b de gösterilen yarı-tümler devre için 1. ve 2. deney şıklarını tekrarlayınız..
Değerlendirme:
Elde ettiğiniz ölçümlerden yola çıkarak her iki devre için elde ettiğiniz sonuçları karşılaştınız.
Devrenin verimini yükseltmek için ne yapılmalıdır. Çıkış katında kullanılan bu yükselteçler hangi
gruba girer ve neden bu tür yükselticilere ihtiyaç duyulmaktadır.
Malzeme Listesi: Devrede bulunan rezistanslar 2x10K, 5Kpot, 8 vya10Ω, kapasianslar 1,20µF, 2 tane
düşük güçlü BJT (PNP ve NPN), 2 tane düşük güçlü BJT (NPN) transistor
5
EEM 316 ELEKTRONĐK LABARATUVARI
DENEY NO : 5
DENEY ADI: Fark yükselteçlerinin analizi.
AMAÇ
: Đki gerilim arasındaki farkı ölçmek için transistorlu fark yükselteçlerini laboratuar
şartlarında tasarlamak, devrenin frekans tepkisini ölçmek ve RE direncinin devrenin Ortak işareti
bastırma oranı üzerindeki etkisini ölçerek belirlemek.
Ön çalışma :
Şekil 5.1 a de verilen fark yükselteci için; VCC=VEE=|10V| ve RC=5K, RE =100K, ise,
a) Eğer Vi1=Vi2 ise devrenin DC analizini yaparak VO1, ve VO2 çıkış gerilimlerini hesaplayınız.
b) Eğer Vi1= -Vi2 ise devrenin DC analizini yaparak VO1, ve VO2 çıkış gerilimlerini hesaplayınız.
c) Eğer Vi1=Vi2 ise devrenin AC analizini yaparak ortak-mod gerilim kazancı Ac.yi hesaplayınız.
d) Eğer Vi1= -Vi2 ise devrenin AC analizini yaparak fark-mod gerilim kazancı Ad.yi hesaplayınız.
e) RE =100K ve RE =1K için devrenin Ortak Đşareti Bastırma Oranı (CMRR) nı hesaplayınız.
Vcc
RC
VO2
VO1
Rb1=1K
RC
rd=100K
Vp=-6V
IDSS=10mA
Rb2=1K
Vi2
Vi1
IC=IE
IDSS= IE
R2
RE
RE
-VEE
(a)
(b)
(c)
Şekil 5.1
Deney basamakları:
1. Şekil 5.1 a da verilen fark yükselteç devresini kurunuz. (VCC=VEE=|10V| ve RC=5K, RE =100K)
2. Vi1=Vi2 için RE =100K ve RE =1K için devrenin AC sini ölçünüz.
3. Vi1= -Vi2 için RE =100K ve RE =1K için devrenin Ad sini ölçünüz
4. RE yerine Şekil 5 1.b de verilen FET’li sabit akım kaynağını kullanarak 2 ve 3. şıkları
tekrarlayınız.
5. RE yerine Şekil 5 1.c de verilen BJT’li sabit akım kaynağını kullanarak 2 ve 3. şıkları
tekrarlayınız. (RE =100K ve R2 5-50K pot.)
Değerlendirme:
Elde ettiğiniz ölçümlerden yola çıkarak her üç durum için (RE rezistans iken ve sabit akım kaynağı
iken) devrenin Ortak Đşareti Bastırma Oranını (CMRR) ölçtüğünüz değerleri kullanarak hesaplayınız
ve karşılaştırınız. Bunlardan hangisi daha iyidir?.
Malzeme Listesi: Devrede bulunan rezistanslar 2x5K, 100K, 3x1K, transistörler:3xNPN BJT 1xFET,
bir adet 5V lık zener, bir adet 10K pot.
6
EEM 316 ELEKTRONĐK LABARATUVARI
DENEY NO : 6
DENEY ADI: Đşlemsel yükseltici (Operational amplifier; OPAMP) deneysel analizi.
AMAÇ
: Elektronik devrelerinde sıkça kullanılan Đşlemsel yükselticilerin (OPAMP) laboratuar
şartlarında incelemek ve OPAMP kullanarak yükseltici ve fark yükseltici tasarlamak, devrenin
frekans tepkisini ve Ortak Đşareti Bastırma Oranını (Common Mode Rejection Ratio; CMRR)
ölçerek belirlemek. Not: OPAMP ın bacak bağlantıları Şekil 5.1.a da verilmiştir.
Ön çalışma :
Şekil 6.1 c ve d de verilen OPAMP’lı yükseltec için VCC=-VCC=|10V| ve R1=1K, RF =100K, ise,
a) Devrenin analizini yaparak Vo/Vi transfer fonksiyonunu çiziniz. Vi=1mV ise Vo=? hesaplayınız.
b) Şekil 6.1 d için R1=R2=1K, RF1 = RF2 =100K alınız. Vi1=Vi2=1V ise Vo’ı hesaplayınız.
c) Vi1=-Vi2=|1V | için ve Vi1=1V ,Vi2=0 için Vo’ı hesaplayınız ve karşılaştırınız.
Vcc
25K
7
8 7 6 5
741
1 2 3 4
1
2
Vi1
5
6
Vi2 3
4
(a)
Vo
-Vcc
(b)
RF1
RF
Vcc
Vcc
Vi1
R1
Vi
Vo
Vi2
R1
Vo
R2
-Vcc
-Vcc
RF2
(c)
(d)
Şeki 6. 1
Deney basamakları:
1. Şekil 6.1 c deki Vi=1 sinωt mVdevrenin Vo ve Vo/Vi transfer fonksiyonunu ölçünüz.
Not: OPAMP tan daha iyi sonuç alabilmek için öncelikle Şekil 5.1.b de gösterildiği gibi OPAMP ın 1 ,7 ve 5 nolu
uçları arasına bir yaklaşık 25K lık bir pot bağlayınız. Vi1=Vi2=1V için Vo=0 oluncaya kadar pottansiyometreyi
ayarlayınız. Bu ayarlamaya Vo DC ofset ayarlaması denir.
2. Şekil 6.1 d için R1=R2=1K, RF1 = RF2 =100K bağlayınız. Vi1=Vi2=1V ise Vo’ı çlçünüz.
3. Vi1=-Vi2=|1V | için ve Vi1=1V ,Vi2=0 için Vo’ı ölçünüz ve karşılaştırınız. Ad ve AC yi bulunuz.
4. 2. ve 3. şıkları Vi1=Vi2=|1 sinωt | ve Vi1=1 sinωt Vi2=1 sin(ωt+π/2) | için tekrarlayıp vi ve Vo ı
aynı ölçekte çiziniz. (Not: π/2 faz açısını bir kapasitans yardımıyla gerçekleştiriniz).
Değerlendirme:
Şekil 6.1 d için elde ettiğiniz ölçümlerden yola çıkarak devrenin Ortak Đşareti Bastırma Oranını
(CMRR) hesaplayınız ve karşılaştırınız. Bunlardan hangisi daha iyidir?.
Malzeme Listesi: Rezistanslar 2x1K, 2x100K ve 25K pot. 741 OPAMP ve 10µF Capasitans.
7
EEM 316 ELEKTRONĐK LABARATUVARI
DENEY NO : 7
DENEY ADI: Aktif filtrelerin (Operational amplifier; OPAMP) deneysel analizi.
AMAÇ
: Elektronik devrelerinde sıkça kullanılan Đşlemsel yükselticilerin (OPAMP) laboratuar
şartlarında Alçak geçiren filtre (AGF), Yüksek geçiren filtre (YGF), Bant geçiren filtre (BGF) ve
Bant söndüren filtre (BSF) olarak kullanılması.
Ön çalışma :
Şekil 7.1 a ve b de verilen OPAMP’lı birinci dereceden aktif AGF ve YGF için VCC=-VCC=|10V| ve
gerilim kazancı ise RF/R1 dir. (Örneğin R1=10RF=10K alabilirsiniz). Buna göre:
a) AGF için C=100µF ve R=10K ise devrenin yüksek kesim frekansını bulunuz.
b) YGF için C=10µF ve R=10K ise devrenin alçak kesim frekansını bulunuz.
c) AGF ve YGF devreleri seri bağlandığında elde edilecek BGF nin kesim frekanslarını hesaplayarak
frekans tepkisini çiziniz.
d) AGF ve YGF devreleri parallel bağlandığında elde edilecek BSF nin kesim frekanslarını
hesaplayarak frekans tepkisini çiziniz. Not: Alçak kesim frekansı ve yüksek kesim frekansı
sırasıyla f LC =
1
2πRC
ve f HC =
R1
1
2πRC
ile hesaplanır. Burada, R ve C ilgili devrenin elemanlarıdır.
R1
RF
RF
Vcc
Vcc
C
R
Vo
Vi
C
-Vcc
Vo
Vi
(a)
R
-Vcc
(b)
Şeki 7. 1
Deney basamakları:
1. Şekil 7.1 a da verilen AGF nin yüksek kesim frekansını R potansiyometresi ile 5KHz e ayarlayın.
2. Şekil 7.1 b da verilen YGF nin alçak kesim frekansını R potansiyometresi ile 1KHz e ayarlayın.
3. AGF ve YGF devreleri seri bağlandığında elde edilecek BGF nin kesim frekanslarını ölçünüz ve
frekans tepkisini çiziniz.
4. AGF ve YGF devreleri parallel bağlayıp alçak kesim frekansı 2KHz ve yüksek kesim frekansı
5Khz olan bir bant söndüren filtre tasarlayınız. (Kesim frekansları R potansiyometresi ile
ayarlayınız).
Değerlendirme:
Şekil 7.1a ve b için elde ettiğiniz ölçümleri hesapladığınız değerlerle karşılaştırınız ve olası
farklılıkların nedenini açıklayınız.
Malzeme Listesi: Rezistanslar 2x1K, 2x10K, 2x100K ve 2x50K pot. OPAMP 2x741 ve Capasitans
2x100µF.
8
DENEY RAPORLARININ HAZIRLANIŞI
Tarih
:
Deneyin Adı
:
Deneyi yapanın ismi
:
Deney partnerlerin ismleri:
Deneyin Amacı : deneyin amacı yazılacak
Ön çalışma:
Ön çalışmanın tamamı yapılacaktır. Mazereti olmaksızın ön çalışmayı yapmayan öğrenciler
labaratuvara alınmayacaktır.
Đşlem Basamakları:
1. Deneyin her basamağı teker teker yapılacaktır. Elde edilen sonuçlar kayıt edilecektir.
2. Varsa şekil veya çizim şekil 1 deki gibi sayfa ortasında verilecek. Eğer şekildeki bir ayrıntıyı
vurgulamak istersek gereki bölge hemen şeklin yanına büyültülmüş olarak çizilecek.
Şekil 1. şekil açıklanacak
2. Aynı işleme tabi deneyden alınan sonuçların grafiği Şekil 2 deki gibi aynı grafikte gösterilecek her
tülü boyut ve detay verilecek.
Vi, Ii
Ii
Vi
t
T/2
T
3T/2
2T
Şekil 2. şekil açıklanacak
Değerlendirme: Sonuç değerlendirmesi yapılacak ve sorulan sorular cevaplandırılacak.
9