ELN3304 ELEKTRONİK DEVRELER LABORATUVARI II DENEY 2
advertisement
T.C. ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK - ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELN3304 ELEKTRONİK DEVRELER LABORATUVARI II DENEY 2 ÇİFT BESLEMELİ İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİLER Deneyi Yapanlar Grubu Numara Ad Soyad Raporu Hazırlayan Diğer Üyeler Deneyin yapılış tarihi Raporun geleceği tarih Raporun geldiği tarih Gecikme ......../......./2015 ......../......./2015 ......../......./2015 .........gün Değerlendirme notu Gecikme notu Rapor notu Raporu değerlendiren ELN3304 ELEKTRONİK DEVRELER LABORATUVARI II DENEY NO:2 DENEY 2: ÇİFT BESLEMELİ İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİLER I. DENEYİN AMACI Temel işlemsel kuvvetlendirici yapılarını incelemek. II. ÖN BİLGİ Günümüzde analog elektronik alanının çok kullanılan temel yapılarından biri olan işlemsel kuvvetlendiriciler (Op-Amp: Operational Amplifiers), ilk olarak analog hesap işlemlerinde kullanılmak üzere geliştirilmiştir. Düşük frekanslı tüm uygulamalarda, özellikle ölçme, otomatik kontrol, analog/dijital ve dijital/analog dönüştürücülerde yaygın olarak kullanılmaktadır. İdeal işlemsel kuvvetlendirici, gerilim kazancı sonsuz, giriş empedansı sonsuz, çıkış empedansı sıfır olan ve istenildiği kadar geribesleme uygulanabilen, başka bir deyişle mutlak kararlı bir devredir. İşlemsel kuvvetlendiriciye ilişkin devre sembolü Şekil-2.1’de gösterilmiştir. I1 V1 Vo V2 I2 Şekil 2.1 İdeal İşlemsel Kuvvetlendiricinin Sembolik Gösterimi ÖZELLİK İDEAL PRATİKTE Kazanç Sonsuz 10.000 Giriş direnci Çıkış direnci Sonsuz Sıfır 1 M 10 Tablo 2.1 Yukarıda verilen temel özelliklerinin tamamı pratikte sağlanması olanaksız olan özelliklerdir. Ancak bu parametrelerin yaklaşık olarak sağlanması uygulama açısından yeterlidir. Pratikte karşılaşılan değerler Tablo 2.1’de verilmiştir. İşlemsel kuvvetlendiriciler, hemen hemen tüm doğrusal uygulamalarda negatif geribeslemeli olarak kullanılırlar. İşlemsel kuvvetlendiricinin iki girişi vardır. Şekil 2.1’de görüldüğü gibi girişlere gelen gerilimlerin farkının kuvvetlendirildiği yorumu kolayca yapılabilir. Bir başka deyişle (+) uca gelen gerilim aynı fazda, (-) uca gelen gerilim ters fazda çıkışı etkiler. Bu şartlar altında çıkış gerilimi girişler cinsinden V0 AV1 V2 şeklinde yazılabilir. Burada kazancın (A) çok büyük olması nedeniyle giriş gerilimleri arasındaki çok küçük bir fark bile çıkış gerilimini çok büyük bir değere taşır. Negatif geribesleme uygulanarak, devrenin kazancı istenilen değere ayarlanır. Bu durumda giriş gerilimleri arasındaki fark çok küçük olur ve yaklaşık sıfır kabul edilir. 2/7 ELN3304 ELEKTRONİK DEVRELER LABORATUVARI II DENEY NO:2 III. DENEYDE KULLANILACAKLAR Deney bordu, çift kanallı osiloskop, dijital ölçü aleti LM741 op-amp tümdevresi, Kondansatörler: 10nF, 100nF, Dirençler: 5.6k (2 adet), 10k (2 adet), 47k, 100k IV. ÖN HAZIRLIK 1. Faz çeviren kuvvetlendirici ve faz çevirmeyen kuvvetlendirici devrelerinin kazanç ifadelerini çıkarınız. R2 R2 +10V UG +10V R1 A A UÇ R1 + UG -10V UÇ + -10V Faz çeviren kuvvetlendirici devresi Faz çevirmeyen kuvvetlendirici devresi ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. Toplama kuvvetlendirici ve fark kuvvetlendirici devrelerinin kazanç ifadelerini çıkarınız. U G1 R4 R3 R1 +10V U G1 R1 UG2 R2 U G2 R2 A UÇ + -10V +10V - A B UÇ + R3 Toplama kuvvetlendirici devresi -10V Fark kuvvetlendirici devresi ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3. Şekil 2.3b’de gösterilen devrenin çıkış gerilimini, giriş gerilimi ve devre elemanları cinsinden ifade ediniz. Çıkış işareti ile giriş işareti arasındaki faz farkının alabileceği minimum ve maksimum değerleri belirtiniz. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3/7 ELN3304 ELEKTRONİK DEVRELER LABORATUVARI II DENEY NO:2 V. DENEYİN YAPILIŞI 1. Şekil 2.1’de gösterilen faz çeviren kuvvetlendirici devresini kurunuz. R1=5,6k ve R2=10k alınız. Girişe herhangi bir işaret uygulamadan (girişi toprağa bağlayarak) A noktasındaki ve çıkıştaki gerilimleri ölçü aleti ile ölçünüz ve aşağıdaki tabloya yazınız. UA(V) R2 UÇ(V) UG +10V UG 0 R1 A UÇ t UA + -10V 0 Şekil 2.1. Faz çeviren kuvvetlendirici OFFSET NULL INERTING INPUT NON-INERTING INPUT V 8 NC - 7 V + 6 1 2 3 4 5 t UÇ + OUTPUT 0 t OFFSET NULL LM741 2. Devrenin girişine 1kHz’lik sinüzoidal bir işaret uygulayınız. Çıkış işaretinde kırpılma olmayacak şekilde giriş işaretinin genliğini ayarlayınız. Giriş işaretini, A noktasındaki işareti ve çıkış işaretini çift kanallı osiloskopla ölçünüz ve bu işaretleri yukarıdaki grafik üzerinde gösteriniz. 3. Aynı R1 direnci için R2=47k ve R2=100k için kazançları ölçünüz. Ug(V) Uç(V) Kazanç Teorik kazanç R2=47k R2=100k 4. Şekil 2.2’de gösterilen faz çevirmeyen kuvvetlendirici devresini kurunuz. R1=5,6k ve R2=10k alınız. Girişe herhangi bir işaret uygulamadan (girişi toprağa bağlayarak) A noktasındaki ve çıkıştaki gerilimleri ölçü aleti ile ölçünüz ve aşağıdaki tabloya yazınız. UG R2 UA(V) UÇ(V) +10V A R1 0 UG t UÇ UA + -10V Şekil 2.2. Faz çevirmeyen kuvvetlendirici 0 t UÇ 0 4/7 t ELN3304 ELEKTRONİK DEVRELER LABORATUVARI II DENEY NO:2 5. Devrenin girişine 1kHz’lik sinüzoidal bir işaret uygulayınız. Çıkış işaretinde kırpılma olmayacak şekilde giriş işaretinin genliğini ayarlayınız. Giriş işaretini, A noktasındaki işareti ve çıkış işaretini çift kanallı osiloskopla ölçünüz ve bu işaretleri yukarıdaki grafik üzerinde gösteriniz. 6. R2=47k ve R2=100k için kazançları ölçünüz. Ug(V) Uç(V) Kazanç R2=47k R2=100k Teorik kazanç 7. Şekil 2.3a’daki toplama kuvvetlendirici devresini kurunuz. R1= 5,6k ve R2=R3=10k alınız. Girişe herhangi bir işaret uygulamadan (girişi toprağa bağlayarak) A noktasındaki ve çıkıştaki gerilimleri ölçü aleti ile ölçünüz ve aşağıdaki tabloya yazınız. 8. Devrenin girişine 1kHz’lik sinüzoidal bir işaret uygulayınız. Çıkış işaretinde kırpılma olmayacak şekilde giriş işaretinin genliğini ayarlayınız. Giriş ve çıkış işaretlerini, A noktasındaki işareti (DC bileşeni ile beraber) çift kanallı osiloskopla ölçünüz ve bu işaretleri aşağıdaki grafik üzerinde gösteriniz. R3 UG UA(V) UÇ(V) R U 1 G +10V R2 UÇ UA + 5V t 0 A -10V t 0 Şekil 2.3a. Toplama kuvvetlendirici devresi. UÇ t 0 9. Şekil 2.3b’deki toplama kuvvetlendirici devresini kurunuz. R1=R2=5,6k ve R3=10k alınız. Giriş ve çıkış işaretlerini, A ve B noktalarındaki işaretleri (DC bileşeni ile beraber) çift kanallı osiloskopla ölçünüz ve bu işaretleri aşağıdaki grafik üzerinde gösteriniz. UA ve UÇ’nin UG’ye göre ne kadar faz farkına sahip olduğunu belirtiniz. UG 0 t UA 0 t UB Şekil 2.3b 0 t UÇ 0 5/7 t ELN3304 ELEKTRONİK DEVRELER LABORATUVARI II DENEY NO:2 10. Şekil 2.4’deki fark kuvvetlendirici devresini kurunuz. R1=R3=5,6k ve R2=R4=10k alınız. Girişe herhangi bir işaret uygulamadan (girişi toprağa bağlayarak) A ve B noktalarındaki ve çıkıştaki gerilimleri ölçü aleti ile ölçünüz ve aşağıdaki tabloya yazınız. 11. Devrenin girişine 1kHz’lik sinüzoidal bir işaret uygulayınız. Çıkış işaretinde kırpılma olmayacak şekilde giriş işaretinin genliğini ayarlayınız. Giriş ve çıkış işaretlerini, A ve B noktalarındaki işaretleri (DC bileşeni ile beraber) çift kanallı osiloskopla ölçünüz ve bu işaretleri aşağıdaki grafik üzerinde gösteriniz. UA(V) UB(V) UÇ(V) UG R4 +10V R1 UG A R2 UÇ B UA + R3 5V t 0 - -10V t 0 Şekil 2.4. Fark kuvvetlendirici devresi UB t 0 UÇ t 0 12. Şekil 2.5a’da gösterilen integral alıcı devresini kurunuz. R=10k ve C=10nF alınız. Girişe uygun genlikli ve frekanslı bir kare dalga uygulayınız (giriş işaretinin DC bileşeninin olmamasına özen gösteriniz). Giriş ve çıkış işaretini çift kanallı osiloskopla ölçünüz ve bu işaretleri aşağıdaki grafik üzerinde gösteriniz. 13. Şekil 2.5b’de gösterilen türev alıcı devresini kurunuz. R=10k ve C=100nF alınız. Girişe uygun genlikli ve frekanslı bir üçgen dalga uygulayınız. Giriş ve çıkış işaretini çift kanallı osiloskopla ölçünüz ve bu işaretleri aşağıdaki grafik üzerinde gösteriniz. C R UG +10V UG R C +10V UÇ UÇ + + -10V -10V (b) (a) Şekil 2.5. İntegral ve türev alıcı devreler. İntegral alıcı için Türev alıcı için 6/7 ELN3304 ELEKTRONİK DEVRELER LABORATUVARI II DENEY NO:2 VI. RAPORDA İSTENENLER 1. Yaptığınız deneyde aldığınız ölçümler, teorik hesaplamalar ile ne kadar uyuşmaktadır? Olası farkların en önemli nedeni nedir? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. Şekil 2.2’deki devrede R1 direnci sonsuz, R2 direnci sıfır olsaydı devrenin kazancının hangi değeri alacağını ve bu durumda devrenin işlevinin ne olacağını belirtiniz. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3. Deneyde 9. adımda bulduğunuz değerleri ön hazırlık 3. adımda bulduğunuz formülde yerine koyarak kontrol ediniz. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 4. Aşağıdaki terimlerin anlamlarını araştırınız: 1. Ortak İşareti Bastırma Oranı (CMRR – Common Mode Rejection Ratio) 2. Birim Kazanç Bant Genişliği (Unity Gain Bandwidth) 3. Yükselme Eğimi (SR - Slew Rate) ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 7/7
