16 DENEY NO :5 DENEYİN ADI :İşlemsel Kuvvetlendirici

DENEY NO
:5
DENEYİN ADI
:İşlemsel Kuvvetlendirici - OPAMP Karakteristikleri
DENEYİN AMACI :İşlemsel kuvvetlendiricilerin performansını etkileyen belli başlı
karakteristik özelliklerin ölçümlerini yapmak.
Deneyle İlgili Ön Bilgi:
İşlemsel kuvvetlendiriciler( Operational Amplifier ), transistörlü diferansiyel kuvvetlendiricilerin bir araya getirilmesiyle yüksek gerilim kazancı elde edilmiş ve uygun bir çıkış
kuvvetlendiricisi ile sonlandırılmış tek bir devre elemanıdır. Şu anda analog elektroniğin en
önemli ve popüler uygulamaları OPAMP’lar ile gerçekleştirilmektedir. Şekil 5.1’de bir
OPAMP’ın sembolik gösterimi ve eşdeğer devresi verilmiştir.
Şekil 5.1 Opamp Blok Şeması ve Eşdeğer Devresi
Şekil 5.1’de görüldüğü gibi Opamp simetrik değerli ( + ve - ) iki dc gerilim kaynağı ile beslenir.
Faz döndürmeyen (evirmeyen ) girişi - Vg1 ile Faz döndüren (eviren ) girişi - Vg2 ve bir de çıkışı
bulunmaktadır. İdeal bir Opamp şu belirgin özelliklere sahip olmalıdır.

Girişine uygulanan gerilim sıfır iken çıkış gerilimi sıfır olur. Vg = 0 v.  Vç = 0 v.

Giriş direnci sonsuzdur. Ri = 

Çıkış direnci sıfırdır. Ro = 0

Açık çevrim gerilim kazancı sonsuzdur. Kv = 
Ancak gerçek bir Opampta bu özelliklerin hiç biri tam olarak bulunmaz. Zira Opamp,
özelliklerini bildiğimiz ideal olmayan direnç, diyot ve transistör gibi devre elemanlarından
oluşmaktadir. Bu nedenle bu elemanların oluşturduğu bileşke devrelerin yukarıda verilen ideal
özellikleri vermemesi normaldir. Tasarımcılar geliştirdikleri devrelerle bu özelliklere
yaklaşmaya çalışırlar. Bununla birlikte çoğu uygulamalarda elde edilen sonuçlar yeterli
olabilmektedir. Tipine ve kalitesine göre Opampların giriş dirençleri 105 - 1015  , çıkış direnci
16
birkaç  ile birkaç yüz  arasında ve açık çevrim gerilim kazancı 104 - 1010 arasında
değişmektedir. Örneğin pratikte çok kullanılan 741 ‘li Opampların giriş direnci 0.3 -2 M, çıkış
direnci 75  ve açık çevrim kazancı 50000 - 200000 dir.
En temel işlemsel kuvvetlendirici devreleri faz çeviren kuvvetlendirici (inverting
amplifier) ve faz çevirmeyen kuvvetlendirici (noninverting amplifier) dir. Şekil 5.2’de faz
çeviren kuvvetlendirici devresi ve eşdeğeri görülmektedir.
Şekil 5.2. Faz çeviren kuvvetlendirici
Eşdeğer devreden;
Vg - Kv * Vi = (R1 + R2 )* ig
ve Vg = R1 * ig - Vi
Vç = - R2 * Vg / [R2 / Kv + (1 + 1/Kv) * R1] ,
kullanılarak,
Kv =  olursa,
Vç/Vg = - R2 / R1 elde edilir.
Faz çevirmeyen kuvvetlendirici ve eşdeğer devreleri Şekil 5.3’te verilmiştir.
Şekil 5.3. Faz çevirmeyen kuvvetlendirici
Eşdeğer devreden;
Kv * Vi = (R1 + R2 ) * i1
ve Vg = Vi + R1 * i1 kullanılarak,
Vç / Vg = 1 / [ 1/ Kv + R1 / (R1 + R2 )] elde edilir. Kv = 
Vç / Vg = 1 + R2 / R1 olur.
17
konursa,
İşlemsel kuvvetlendiricilere ait bazı parametreler :
1. Giriş kutuplama akımı ( Input Bias Current - IIB )
Giriş gerilimi sıfır iken her iki girişten akan akımların ortalamasıdır.
Vg = 0 v.
IIB = ( IIB+ + IIB- ) / 2
2. Giriş dengeleme akımı (Input Offset Current - IIO )
Çıkış geriliminin sıfır olması halinde her iki girişten akan akımların farkıdır.
Vç = 0 v.
IIO =  IIB+ - IIB- 
3. Giriş dengeleme akımı sürüklenmesi ( Input Offset Current Drift )
Giriş dengeleme akımının sıcaklıkla değişimidir.
IIO / T
4. Giriş dengeleme gerilimi (Input Offset Voltage - VIO )
İdeal bir OPAMP’ta giriş gerilimi sıfır iken çıkışta sıfır olmalıdır. Gerçek OPAMP’ta bunu
sağlamak için girişler arasına küçük bir dc gerilim uygulanır. Bu gerilime giriş dengeleme
gerilimi denir. 741 tipi OPAMP’ta çıkış gerilimini sıfırlamak için 1 ile 5 nolu girişlere bu gerilim
uygulanır.
5. Çıkış dengeleme gerilimi (Output Offset Voltage - VOO )
OPAMP’ın girişleri topraklandığında çıkışta oluşan gerilim değeridir.
6. Giriş dengeleme gerilimi sürüklenmesi (Input Offset Voltage Drift )
Giriş dengeleme geriliminin sıcaklıkla değişimidir. ( VIO / T )
7. Giriş gerilimi genişliği ( Input Voltage Range - VI )
OPAMP’ın doğru şekilde kuvvetlendirmek şartıyla her iki girişe uygulanabilecek maksimum
gerilim değeridir.
8. Çıkış geriliminin maksimum salınımı ( Maximum Peak to Peak Output Voltage Swing VOPP)
Dengelenmiş halde OPAMP çıkışının distorsiyonsuz olarak alabileceği maksimum tepeden
tepeye değer.
9. Büyük sinyal fark gerilimi kazancı - Açık çevrim kazancı ( Large Signal Differential
Voltage Amplification or Open Loop Differential Voltage Gain - KVD )
Geri beslemesiz halde, tepeden tepeye çıkış gerilimi değişiminin diferansiyel giriş gerilimine
oranıdır.
18
10. Giriş direnci (Input Resistance -Ri )
Opampın girişlerinden biri toprak yapıldığında diğer girişten görülen dirençtir.
11. Çıkış direnci (Output Resistance - Ro )
Çıkış ile toprak arasından görülen dirençtir.
12. Giriş kapasitesi ( Input Capasitance - Ci )
Girişler arasındaki eşdeğer kapasite değeri
13. Ortak işareti zayıflatma oranı ( Common Mode Rejection Ratio - CMRR )
Fark (diferansiyel ) işaret kazancının, ortak işaret kazancına oranıdır. Genellikle bu oranın
loaritması alınıp ifade edilir.
CMRR = 20 log [Kd / Kc] .. dB.
14. Besleme gerilimi hassasiyeti ( Supply Voltage Sensitivity )
Besleme gerilimindeki değişimin dengeleme gerilimine etkisidir.
15. Kısa devre çıkış akımı ( Short Circuit Output Current - Ios )
Çıkışın toprak yapılması halinde çıkıştan akacak akımdır. Opampların kısa devre koruması
vardır. Bu nedenle çıkış akımı belli bir değerin üzerine çıkamaz. Böylece entegrenin aşırı
ısınarak bozulması engellenmiştir.
16. Sükunet akımı - boşta çekilen akım ( Supply Current - Ib )
Opampın girişine bir işaret uygulanmazken kaynaktan çektiği akımdır.
17. Yükselme zamanı ( Rise Time -tr )
Girişe birim darbe fonksiyonlu bir işaret uygulandığında, çıkış maksimum genliğinin
%10’dan %90’a ulaşıncaya kadar geçen süredir.
18. Yükselme Hızı ( Slew Rate - SR )
Opampın birim kazançlı bir kuvvetlendirici olarak çalışması ve girişine birim basamak
fonksiyonlu bir işaret uygulanması halinde, çıkış geriliminin mikrosaniye başına aldığı voltaj
değeridir.
Deneyle İlgili Ön Çalışma:
1. Opamp olarak 741’li entegre kullanılacaktır. 741’in yukarıda verilen opamp karakteristik
parametrelerini kataloglardan bularak kaydedin.
2. CMRR ve Slew Rate kavramlarını araştırın.
3. OPAMP kullanan devre ve sistemlere örnekler veriniz.
19
Deneyin Yapılışı:
OPAMP Bacak Bağlantı Uç Numaraları
NOT: OPAMP devre çizimlerinde simetrik besleme bağlantıları gösterilmez!!!
Besleme bağlantılarını yapmayı unutmayın!
1. R2 = 100 k ve R1 = 10 k ve 47 k gibi değerlerde olmak üzere Şekil 5.2’de verilen faz
çeviren kuvvetlendirici devresini kurunuz. Girişe 1 kHz.’lik sinüsoydal bir gerilim
uygulayarak çıkışta kırpılmasız gerilim elde edilene kadar giriş geriliminin genliğini
artırın.
DİKKAT! Opamp’ ın simetrik beslemelerini (±12 V) kontrol etmeyin unutmayın!!!
Girişe OSİLATÖRDEN
Sinüs sinyali uygulayın
Çıkışa OSİLOSKOP ile
bakarak sinyal genliğini
ölçün.
R1 = ....
için, Vgpp = .......v. Vçpp = .........v. Kv =........, Faz farkı  = ....
R1 = ....
için, Vgpp = .......v. Vçpp = .........v. Kv =........, Faz farkı  = ....
R2 = 100 k ve R1 = 10 k ve 47 k gibi değerlerde olmak üzere Şekil 5.3’te verilen faz
çevirmeyen kuvvetlendirici devresini kurunuz. Girişe 1 kHz.’lik sinüsoydal bir gerilim
uygulayarak çıkışta kırpılmasız gerilim elde edilene kadar giriş gerilimininin genliğini artırın.
20
DİKKAT! Opamp’ ın simetrik beslemelerini (±12 V) kontrol etmeyin unutmayın!!!
Girişe OSİLATÖRDEN
Sinüs sinyali uygulayın
Çıkışa OSİLOSKOP ile
bakarak sinyal genliğini
ölçün.
R1 = ....
için, Vgpp = .......v. Vçpp = .........v. Kv =........, Faz farkı  = ....
R1 = ....
için, Vgpp = .......v. Vçpp = .........v. Kv =........, Faz farkı  = ....
Şekil 5.3’te verilen faz çevirmeyen kuvvetlendirici devresini kullanarak Tablo 5.1’de
verilen direnç değerleri için kazançları hesaplayarak devrenin alt kesim frekansı, üst kesim
frekansı ve band genişliğini bulunuz.
Tablo 5.1
R1 (k)
1
220
R2 (k)
220
220
Alt kesim frekansı (Hz)
Üst kesim frekansı (Hz) Bant Genişliği
2. Ortak işareti zayıflatma oranını ölçmek için Şekil 5.4‘te verilen devreyi kurunuz.
Aşağıdaki formüllerden faydalanarak CMRR oranını hesaplayarak kaydediniz.
R1 = 100 , R2 = 100 k ise
 = 1001* Vs / Vç =
CMRR = 20 log 
CMRR = ....................
21
Şekil 5.4 CMRR ölçümü
Çalışma Soruları:
1. 741’li OPAMP’ın katalog bilgilerini kullanarak 1. ve 2. basamaklardaki devreler için
gerçek kazancını hesaplayın. Sonuçları karşılaştırarak yorumlayın.
2. Şekil 5.4’te verilen devre için CMRR eşitliğinin doğruluğunu gösteriniz.
3. Açık çevrim kazancı, giriş direnci ve çıkış direncinin deneysel ölçümünü yapabilecek
yöntemler öneriniz.
4. Slew Rate’ i deneysel olarak nasıl ölçebilirsiniz.
Malzeme Listesi:
741 OP-AMP x2
100Ω
(2 adet)
1kΩ
10kΩ
47kΩ
100kΩ
(2 adet)
220kΩ
(2 adet)
22