yükselteçler - KTÜ Elektrik

Karadeniz Teknik Üniversitesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektronik Laboratuarı 2
ÇOK KA TLI (MULTİ STAGE) YÜKSELTEÇLER
ı. Ön Bilgiler
Bu deneyde yükselteçlerin arka arkaya ba~lanması konusunu incelenecektir. Bilindi~
üzere tek transistörlü yükselteçler yeterli yükseltme sağlamazlar. Örne~in bir mikrofona
konuşulduğu zaman, mikrofon çıkışındaki i -2m V civarındaki sinyalin bir hoparlörden
duyulabilmesi yada bir radyonun anteninde oluşan 0,01 m V civarındaki sinyalin hoparlörden
duyulabilmesi için bir çok yükselteci arka arkaya bağlamak gerekir.
1.ı.
Direk Bağlamalı (Direct Coupling) Kuvvetlendiriciler:
Özellikle ön yükselteçlerde kullanılan ve en kolay olan ba~lama yöntemi direk
bağ/ama yöntemidir. Bu ba~lama (ba~lamaya kuplaj da denir) şekli adından da anlaşıldığı
gibi bir yükseltecin çıkışını diğerinin girişine doğrudan bağlamakla sağlanır.
Reı
~L
t
i
v.
v.
Birinci kal
Şekil ı.
j
R,
Direk
bağlamalı
ıkinci
kat
kuvvetlendirici
Şekilden de anlaşılacağı gibi her transistörün çıkış voltajı aynı zamanda diğer transistörün
beyz voltajını sağlamaktadır . Bu tür devrelere DC yükselteç de denmektedir. DC yükselteçler
özellikle çok düşük frekanslara hatta OHz (DC) den başlayarak devrenin izin verdiği en
yüksek frekanslara kadar çalışırlar.
1.2. RC
Bağlamalı
(RC Coupling) Kuvvetlendiriciler:
Bir devrenin çıkışındaki sadece AC sinyali sonraki devrenin gırışıne aktarmak
istiyorsak ve bu iki devreyi birbirine bağlarken empedans uyumu sorunu yoksa bağlama
elemanı olarak kondansatör kullanılır. Bu kondansatöre kup/ai kondansaıörü denir.
~
Birinci
Şekil
2. RC
iuıt
bağlama
Devrenin RC kısmının C'si aradaki kuplaj kondansatörü, R'si ise birinci transistörün Re si ve
ikinci tranzistörün beyzine bağlı dirençlerdir. Kullanılan kondansatör, sinyal frekansına çok
az empedans göstennelidir. Bir kondansatör DC derilimi geçinnez, düşük frekanslara ise
yüksek empedans gösterir. Bu nedenle RC kuplajlı devrelerde düşük frekanslarda kazanç
azalır. Yüksek frekanslara çıkıldıkça kuplaj kondansatörünün empedansı iyice azalacağı için
devrenin kazancı da (teorik olarak) artacaktır. Aslında böyle olamaz. Frekans arttıkça
kullanılan transistörün yüksek frekans karakteristiği, transistörün küçücük iç kapasiteleri hatta
devrenin baskı devresinin şekli ve kullanılan malzemenin özeliğinden dolayı devrenin kazancı
düşecektir. Direk kuplajlı devrelerde aslında yüksek frekanslarda bu özellikleri gösterirler.
1.3. Transformatör Kuplajlı Kuvvetlendiriciler:
Şekil
3. Transformatör kuplajı kuvvetlendirici
Transformatörler bir devre, hem DC yalıtım hem de empedans uygunluğu sağlamak
İdeal transformatörde hiç kayıp olmaz. Yani girişine uygulanan güeü
çıkışından aynen alabiliriz. Fakat bant genişlikleri çok dardır. Özellikle ses frekans
devrelerinde istenilen bant genişliğini tutturmak için özel sanrnh transformatörler kullanmak
gereklidir. Transformatörlerin bu dar bant özellikleri yüksek frekans devrelerinde çoğunlukla
istenilen bir özellik haline dönüşür. Hatta bandı daha da daraltmak için transfonnatörler
kondansatörlerle de desteklenerek sadece istenilen frekansı geçiren özelliklerde yapılır. Bu tür
devrelere Rezonans/ı Transformatör Kup/aj adı verilir. Transformatörün aynı zamanda
empedans uydurma işlemi de yapmaktadır.
ıçın kullanılır.
2. DENEYLER
2.1. Deneye gelmeden önce
çalışılacak
sorular
yükselteçlerde ilk yükselteç veya ilk birkaç yükseltecin gürültü seviyesinin düşük
olması gerekmektedir. Bunun sebebi nedir?
• Bir yükseltecin çıkışını diğer yükseltecin girişine bağlamak için uyulması gereken kurallar
nelerdir?
• Çok katlı yükselteçlerde toplam kazanç katların kazançlarına bağlı olarak nasıl hesaplanır?
• Direk bağlamalı, Re bağlamalı, Transformatör bağlamalı ve push pull
çok katlı
yükselteçlerin birbirlerine olan üstünlükleri nelerdir?
• Çok
katlı
2.2.Deney 1: JFET'1i
es Kuvvetlendirici
(kendi Kuvvetlendiriciler
kendine polarmalı)
Direk Bağlamalı
(Direct Coupling)
1- İlk önce KL-23005 modülü KL-200 lineer devre borduna yerleştirilir.
2- Kısa devre elemanları Şekil 4' e göre yerleştirilir.
345678-
YRı ve VR3,'ü Vcı ve VCı'nin ikiside
Vee olacak
şekilde ayarlanır.
2
İşaret üreteci ve osiloskop giriş terminalin (IN) ve osiloskopu aynı zamanda çıkış
terminaline bağlanır.
İşaret üretecinin çıkışını ı KHz'lik sinüs dalgasına ayarlanıp, osiloskopta maksimum
bozunumsuz dalga şekli görülecek şekilde gözlemlenip kaydedilir.
Osilosküp kullanarak Vb ı , Vcı, Vbı ve Vouı'daki dalga şekilleri gözlemlenip kaydedilir.
e3 (47 J.ıF )'Ü devre dışı bırakarak 5 ve 6.adımlar tekrarlanır.
YRı (VR IMO) direncini rasgele değiştirerek Vb ı , Veı, Vb ı ve Vouı'daki dalga
şekillerinin değişip değişmediği gözlemlenir.
-+12V
Ao----r--------T---------~~~D_~
VA4
R5
Tn
B
Q2
OUT 1
C1
TP6
-+
TP2
OUT2
R1
'-
A
TP1
VR3
IN
step (7)
dlscon nKlIon
+
c3
B
block
Şekil
4. Re
bağlamalı
kuvvetlendirici
EI
2.2.1.neneyin Sonucu:
Deney sonuçları Tablo i 'e kaydedilir, daha sonra
kullanarak hesaplanacaktır (C) bağlı olmalıdır.).
aşağıdaki
ifadeleri tablodaki verileri
Av _ Voı _ Ve, _
, -
rf,
"i,
-
- ------------
Vb,
=
AV = voı = Voul
ı Viı Vbı
---------
Av = Vout =
Vi,
----------Avs = Vout =
Vin
----------Av hesaplama formülleri kullanılarak teorik ve gerçek değerler karşılaştırılır.
C3
bağlı
Dalga
C3
şekli
v;n1
Vp-p
bağlı değil
Dalga
şekli
Vp-p
~t
v;"l
Vbı1
~i
\öl
Vd1
~ i
Vd1
.1
.1
Vb21
~i
,öi
.1
vni
~i
voi
.1
Tablo 1. Deney
sonuçları
~t
2.3. Deney 2:
Do~rudan ba~lamalı
1-
Kısa
2-
VItı direnci,
(VR IMO)
VC1direncini
voltajı
345678-
devre elemanlan
Şekil
kuvvetlendirici
5'e göre
yerleştirilecektir.
Vee olacak şekilde ayarlanır. Daha sonra voltmetre kullanarak
2
(DC gerilimi) Vbıeı ve Vbıeı gerilimleri ölçülüp kaydedilecek.
İşaret üretecini ve osiloskopu giriş terminaline (IN) ve osiloskopu aynı zamanda çıkış
terminaline (OUT) bağlanır.
İşaret üretecinin çıkışı IKHz'lik sinüs dalgasına ayarlarup osiloskopta maksimum
bozunumsuz dalga şeklini görebilecek şekilde genliği adım adım artınhr.
Osiloskop kuııanarak Vb ı , Vcı, Vbı ve VCı (Vout)'deki dalga şekilleri gözlemlenip
kaydedilir.
C3 (47 ;.ıF ),ü devre dışı bırakarak 5 adım tekrarlanır.
C3 kondansatörü bağlanır ve VItı ( VR IMO) direncini rasgele değiştirerek Vb ı , Vcı, Vbı
ve VOU!' daki dalga şekillerin değişip değişmediği gözlemlenir.
VItı 'ü normal aralığına getirip
giriş işaretinin frekansını OHz ~20KHz arasında
değiştirilir. Giriş ve çıkış tenninallerindeki dalga şekilleir gözlemlenip YOU! ile farasındaki
ilişki kaydedilir.
+12V
Ao---,---------,----------o---o__
R5
VR4
TP7
B
OUT1
TPG
C1 +
TP2
0l1T2
R1
~
R6
TP1
VR3
IN
B
black a
Şekil
5.
Doğrudan bağlamalı
kuvvetlendirici
2.3.1. Deneyin sonucu:
Deney
sonuçları
Tablo 2 ve
şekil
6'ya kaydedilecektir.
C3
bağlı
C3
Dalga şekli
baAlı
deAil
Dalga şekli
Vp-p
Vp-p
vml
.t
vml
~'1
•t
~'1
vdl
•
Vdl
.t
vi
.t
V01
.t
Tablo 2. Deney
Aşağıdaki
t
.t
• t
sonçları
veriler tablo 2 ' deki veriler
kullanılarak hesaplanacaktır
(C)
bağlı olmalıdır) .
= Voı = Ve ı =
Viı
Vb
ı -----------Av = Voı = Vout =
ı
Vi
Vb
ı
ı ----------Av= Vout =
Av
i
Viı
Avs = Vout
Vin
--------------------
=
-----------
Av hesaplama formülleri kullanılarak teorik ve gerçek değerler karşılaştırılır.
Avo : Vo maksimum iken Av
değeri.
AvfAIıo
0.707
(-3db)
f
Şekil
6. Frekans tepki
eğrisi
2.4. Deney 3: Transformatör baglamah kuvvetlendirici
1-
2345-
Kısa
devre elemanlannı şekil Tye göre takılacaktır. Güç kaynagı (12V) takılacaktır.
İşaret üreteci ve osiloskopu giriş terminaline, 8 n 'luk direnci (taklit yük) ve osiloskopu
çıkış terminaline bağlanacaktır.
İşaret üretecinin çıkışını 500Hz'lik sinüs dalgasına ayarlayıp osiloskopta maksimum
bozunumsuz dalga şeklini görebilecek şekilde genligi adım adım artırılır.
Giriş işaretinin frekansını OHz-20kHz arasında değiştirerek Vin ile Vout'taki dalga şekilleri
gözlemlenecek ve V out ile farasındaki ilişki kaydedilecektir.
İşaret üretencini veya walkmanin çıkış kulaklığını giriş terminaline baglayarak çıkışta hala
ses üretilip üretilmediğine bakılacaktır.
+
es
LU
TP,
IN
+
C4
block b
Şekil
7. Transformatör bağlamalı kuvvetlendirici
2.4.1 Deneyin Sonucu:
Deney sonucunu Tablo 3'e kaydedilecek ve
Dalga
çıkış
gücü
hesaplanacaktır.
şekli
Vp-p
vinl
"t
vml
~t
Tablo3. Deney
sonuçları
Maksimum bozunumsuz ÇıkıŞ güeü=
Avo: Vo maksimum iken Av
V 20
=
p-p
8R
ı
-----
mW
değeri.
AviAva
(abd)
i
D.707
ı~b)
Şekil
8. Frekans tepki
eğrisi
2.5. Deney 4: Çift Uçlu push-pull kuvvetlendirici deneyi
devre elemanlarını Şekil 9'ye göre yerleştirilir. +1 2V'luk güç kaynağı bağlanır
(Çıkış terminaline 8 n /1 W'lık direnç bağlanmalıdır) .
2- Çalışma akımını ölçmek için A2 ampermetresi bağlanır (Ampermetreyi değiştirmek için
AI ' deki kısa devre elemanı kuııanılabilir). Çalışma akıml » 20mA ise Q6 ve Q7
tranzistör1eri kolaylıkla ısınabileceği için güç kesilmeli ve devre tekrar gözden
geçirilmelidir.
3- Olası yanlış bağlantıları kontrol etmenin yanı sıra güç kaynağı b a ğlı iken voltmetre
kuııanılarak her bir transistorün durumları aşağıdaki analiz yöntemi ilc belirlenebilir:
Vbe>O,7V transistorün B ve E terminaııeri arasında kısa devre var.
Vbe ~ O.2V Vce:: OV transistorün C ve E terminaııeri arasında kısa devre var.
Vbe:: O.6V Vce:: O.2V Transistor doyurnda.
4- I. ve 2.durumların söz konusu olması durumunda transistor değiştirilmelidir. 3. durumun
söz konusu olması durumunda ise Vbe (lb),
VR i ayarlı direnci kullanılarak
1-
Kısa
ayarlanmalıdır.
olacak şekilde RI 6 (SVR 2M n) direnci
2
ayarlanır. Daha sonra ampermetredeki değişim gözlemlenir.
6- VRI (VRı i k n) ayarlı direncinin A2 ampermetresini ı OmA civarında bir değer
gösterecek şekilde ayarlanır.
7- İşaret üretecini ve osiloskopu giriş terminaline (IN) ve osiloskopu aynı zamanda çıkış
terminaline (OUT) bağlanır .
8- İşaret üretecinin çıkışını 500Hz'lik sinüs dalgasına ayarlayıp osiloskopta maksimum
bozunumsuz dalga şeklini görebilecek şekilde genliği adım adım artırılır.
9- Osiloskop kuııanılarak Vb s, VCs ve Vb 6 'daki dalga şekiııeri gözlemlcnip kaydedilecek.
10- VR ı direncini On ' a getrip Y OU! çıkışındaki dalga şeklindeki geçiş bozunumu meydana
gelip gelmediği gözlemlenecektir.
LL- 8 n 'luk direnci kaldırarak yerine hoparlör bağlanır. Kuvvetlendiricinin girişine uygulanan
işaret üretecinin çıkışını rasgele değiştirerek yUksek frekans lı veya yUksek genlikli bir
işaret uygulanması sonucunda Q6 ve Q7 tranistörlerinin aşırı ısınması ile sesin
5- Ampermetreyi A i konumuna
bağlayıp
Vd
= Vee
yUksekliğinin değişiğ değişmediğine bakılacaktır.
12- Işaret üretecini çıkarıp kuvvetlendiricinin girişine parmak ile dokunulduğunda hoparlörde
vızıltı meydana geldiği gözlemlenir (Giriş terminaline parmak ile dokunmak gürültüye
neden olmaktadır.).
13- Walkmanin kulaklık çıkışını kuvvetlendiricinin giriş terminaline bağlanıp müzik dinlenir.
+12V
c.•
R18
R15
+
IN
~14
cr
TP2
R1.
\n\1
8
block c
Şekil
9. Çift Uçlu push-pull kuvvetlendirici
2.5.1. Deneyin Sonucu:
Deneyin sonucu Tablo 4 ' e kaydedil ecek ve maksimum bozunumsuz
çıkış
gücü
hesaplanacaktır.
Statik (est
ç alışma akııııı
(A2)
Vb5e5
Ve5
Vb6e6
Vb7e7
Dinamik Test
v
VIN ~-------------.
t
v
v
VBS ~---------.
t
VB6
v
f-------------. t
v
Vcs t------------- . t
VOUT
~-------
sonuçl arı
Tablo 4. Deney
2
Pout=
V out(p - p) _
- _______________
8R ı
Ri = 80
.. t