elektronik laboratuvarı deney föyü

ELEKTRONİK LABORATUVARI
DENEY FÖYÜ
OSMANİYE KORKUT ATA ÜNİVERSİTESİ
ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
2012
OKÜ - ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ - ELEKTRONİK LABORATUVARI
1
İÇİNDEKİLER
Giriş...................................................................................................................................3
Laboratuvar Kuralları .......................................................................................................4
Genel Bilgiler ve Uyarılar .................................................................................................5
PSPICE Kullanım Kılavuzu ................................................................................................6
Deney 0 – Elektronik Laboratuvarı ve Cihazları Tanıma ................................................11
Deney 1 – Diyot Karakteristikleri ...................................................................................25
Deney 2 – Diyot Devreleri ...............................................................................................33
Deney 3 – Diyot Doğrultucu Devreleri ............................................................................42
Deney 4 – İki Kutuplu JonksiyonTransistör (BJT-BipolarJunction Transistor) .............55
Deney 5 – Alan Etkili Transistör (FET-FieldEffect Transistor) ........................................
Deney 6 – Frekans Cevabı ................................................................................................
Deney 7 – Akım Kaynakları ve Aktif Yükler ....................................................................
Deney 8 – Fark Yükselteci ................................................................................................
Deney 9 – Doğrusal İşlemsel Yükselteçler ......................................................................
Deney 10 – İşlemsel Yükselteç Parametreleri ................................................................
Deney 11 – Doğrusal Olmayan İşlemsel Yükselteç Devreleri .........................................
Deney 12 – Ses Güç Yükselteçleri ....................................................................................
Deney 13 – Gerilim Regülatörleri...................................................................................
REFERANSLAR ..................................................................................................................
OKÜ - ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ - ELEKTRONİK LABORATUVARI
2
GİRİŞ
Elektrik Elektronik Mühendisliği diğer mühendislik dalları gibi uygulamalı bir bilim dalıdır.
Laboratuvar deneyleri, derslerde verilen teorik bilgilerin fiziksel ortamda nasıl uygulanacağını
sistemli bir şekilde ortaya
rtaya koyar. Bu yüzden Elektrik Elektronik Mühendisliği öğreniminde
laboratuvar deneylerinin çok önemli bir yeri vardır.
Şekil 1 – Elektronik Laboratuvar cihazları
Elektronik laboratuvarında III. dönemde verilen EEM-211
EEM 211 Elektronik Devre Elemanları
modelleme
lleme ve IV. dönemde verilen EEM-212
EEM 212 Analog Elektronik derslerinin uygulamaları
yapılacaktır. Elektronik laboratuvarı deneyleri genel olarak üç kısımdan oluşmaktadır:
1. Ele alınan devrenin teorik olarak çözülerek istenen niceliklerin hesaplanması,
2. Hesap ve ölçüm ile elde edilen sonuçların PSPICE programı
programı kullanılarak simülasyonile
simülasyon
doğrulanması.
3. Devrenin board üzerine kurularak hesaplanan niceliklerin ölçülmesi,
Yukarıda verilen 1. ve 2. maddeler öğrenciler tarafından "ön çalışma" kapsamı içerisinde
deneye gelmeden önce yapılıp hazırlanacaktır. Deneyleri bu şekilde gerçekleştiren öğrenciler,
hem derste öğrendikleri analiz metodlarını gerçek devreler üzerinde tekrar
tekra etmiş olacaklar,
hem de SPICE gibi popüler bir simülasyon programını kullanmayı öğrenmiş olacaklardır.
OKÜ - ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ - ELEKTRONİK LABORATUVARI
3
LABORATUVAR KURALLARI
1. Laboratuvarlar programda belirtilen giriş ve çıkış saatlerine uygun olarak yapılır.
Deneylere 10 dakika ve daha fazla süre geç kalan öğrenciler deneye alınmaz.
2. Laboratuvara gelmeden önce öğrencilerin o gün yapacakları deneylere ait deney
föyünü dikkatle okumaları ve deneyle ilgili teorik bilgileri çeşitli kaynaklardan
öğrenmiş olmaları gerekir.
3. Deney föyünde istenilen “ön çalışma” deneye gelmeden önce öğrenci tarafından
tamamlanmalıdır. Ön çalışmayı yapmayan öğrenci deneye alınmaz.
4. Geçerli bir sebepten dolayı deneye katılamayan öğrenciler (durumlarını resmi olarak
belgelemek koşuluyla) yarıyıl sonunda belirlenecek olan telafi haftasında bu deneyi
yapacaklardır. Birden fazla deneye katılmayan öğrenci ancak bir deneyi telafi
edebileceklerinden diğer deneylere girmemiş ve sıfır almış kabul edileceklerdir.
5. Öğrencinin gelmediği deneyden alacağı not sıfırdır.
6. Raporlar, deneyin yapıldığı tarihten bir gün sonra teslim edilmelidir. Teslim
edilmeyen raporların notu sıfır olarak belirlenecektir.
7. Teslim zamanından daha geç getirilen raporlar değerlendirilmeyecektir.
OKÜ - ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ - ELEKTRONİK LABORATUVARI
4
GENEL BİLGİLER VE UYARILAR
1. Deneyin sorunsuz ilerleyebilmesi için öğrencilerin, deneyi yaptıran Araştırma
Görevlilerinin tüm uyarı ve düzenlemelerine harfiyen uyması gerekmektedir.
2. Öğrenciler her masada iki kişi olacak şekilde gruplara ayrılacaktır. Grup arkadaşınızı
seçme özgürlüğüne sahipsiniz. Diğer grupları rahatsız etmemek ve daha verimli bir
çalışma ortamı sağlamak için laboratuvarda “ALÇAK SESLE” konuşmak zorunludur.
3. Cep telefonu, radyo, mp3 çalar gibi deney ölçümlerini etkileyebilecek veya
başkalarını rahatsız edebilecek elektronik aletleri laboratuvar içinde kapalı tutunuz.
4. Çanta, mont vs. gibi eşyalarınızı deney masasının üzerine koymayınız.
5. Deney sırasında genel ahlak ve temizlik kurallarına uyulmaya özen gösterilmelidir.
Deney masalarının veya ekipmanların üzerine hiçbir şekilde yazı yazmayınız.
6. Deney masasında yiyecek ve içecek bulundurulmamalıdır.
7. Deney sonunda deney masası toparlanmalı, ilgili elektrik bağlantıları kesilerek,
tabureler ve masa düzenli bir biçimde bırakılmalıdır.
8. Devreleri kurarken ve devre üzerinde değişiklik yapılırken (eleman ekleme/çıkarma,
bağlantı değiştirme) gerilim kaynağı mutlaka kapalı olmalıdır.
9. Devreye gerilim verilmeden önce yapılan bağlantıların doğruluğu kontrol edilmelidir.
10. Tüm devrelerin besleme ve toprak hatlarının doğru olarak bağlandığından ve
besleme gerilimi ile toprak hattı arasında kısa devre oluşmayacağından emin
olunmalıdır.
OKÜ - ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ - ELEKTRONİK LABORATUVARI
5
PSPICE KULLANIM KILAVUZU
PSPICE, California Üniversitesi tarafından geliştirilmiş bir elektronik devre benzetim
programıdır. PSPICE programa giriş olarak “netlist” olarak adlandırılan metin tabanlı
dosyaları kullanır. Netlist, devredeki elemanlarla birlikte, çeşitli model tanımlamalarını,
benzetim tiplerini, ölçüm noktalarını, başlangıç şartlarını ve aritmetik işlemleri de içerebilir.
Bu çalışmada Linear Technogy firmasının bir ürünü olan SWCADIV programı üzerinde çeşitli
çalışmalar yapılacaktır. SWCADIII (ORCAD benzeri) grafik tasarım ortamına sahip olan ve
özellikle switch mode güç kaynağı tasarımı için yazılmış bir PSPICE klonudur. Bu program
http://www.linear.com/ adresinden ücretsiz olarak indirilebilir. Bu çalışmada devre
tasarımında grafik arayüz kullanılmayacak ve tüm tanımlamalar netlist üzerinden
yapılacaktır.
Pspice ile ilgili temel kurallar aşağıda sıralanmıştır:
Netlist içerisindeki açıklama satırları “*” veya“$” işareti ile başlar.
Bir satıra sığmayacak parametre tanımlamaları, yeni satırın başlangıcında “+”
işaretiyle başlamalıdır.
Tanımlanan elemanlar tekrarlanamaz; yani R1 elemanından sadece bir adet
bulunmalıdır.
Netlistte referans bir düğüm (0 numaralı) bulunmak zorundadır. Tüm hesaplamalar
bu düğüme göre yapılır.
Netlist'in ilk satırı açıklama satırı olarak kabul edilir
Pspice büyük küçük harf ayrımı yapmaz. Pspice tarafından Rbir ve RBIR aynı eleman
olarak algılanır.
Netlist “.end” komutuyla bitmelidir.
Netlist yapısı
Aşağıdaki şekilde DC analiz için devre örneği verilmiştir.
OKÜ - ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ - ELEKTRONİK LABORATUVARI
6
Yukarıda verilen netlistin açıklaması aşağıda verilmiştir.
V1 1 0 12V ifadesi V1 isimli 12voltluk dc gerilim kaynağının birinci düğümle toprak
arasında olduğunu gösterir.
R1 1 2 50 ifadesi R1 isimli 50 ohmluk direncin birinci ve ikinci düğüm arasında
olduğunu gösterir.
R2 2 0 100 ifadesi R2 isimli 100 ohmluk direncin ikinci düğümle toprak arasında
olduğunu gösterir.
R3 2 0 200 ifadesi R3 isimli 200 ohmluk direncin ikinci düğümle toprak arasında
olduğunu gösterir.
.tran 100u ifadesi 100 mikro saniye boyunca transient analiz yapılacağını belirtir.
.PRINT dc i(r1) i(r2) i(r3) ifadesi dirençler üzerinden akacak akımları ekranda
görmemizi sağlar.
.END ifadesi netlistin bittiğini belirtir.
PSPICE'da Tanımlamalar
Eleman Tanımlamları
Direnç: R[isim] <+düğüm><-düğüm><değer>
Örneğin: r1 4 2 50k
Bobin: L[isim] <+düğüm><-düğüm><değer>
Örneğin: L1 4 2 50mH
Kapasite: C[isim] <+düğüm><-düğüm><değer>
Örneğin: c1 4 2 50uF
Diyot: D[isim] <+düğüm><-düğüm><model ismi>
Örneğin Dbir 1 2 D1
BJT: Q[isim] <kollektör<<beyz><emiter><taban><model ismi>
Örneğin: Q1 3 4 5 Bjt
MOS: M[isim] <drain><gate><source><substrate><model ismi> W=<kanal genişliği>
L=<kanal boyu>
Örneğin M1 drain 2 0 0 cmosn w=2u l=1u
Bağımsız kaynaklar
Voltaj kaynağı: V[isim] <+düğüm><-düğüm> DC <değer> AC <değer>
Akım kaynağı: I[isim] <+düğüm><-düğüm><değer>
Sinüs
kaynağı:
V[isim]
düğüm>sin(<offset><genlik><frekans><geçikme><df><faz>)
Örneğin: V 1 2 sin(0.3V 1V 500Hz 0 500 0)
OKÜ - ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ - ELEKTRONİK LABORATUVARI
<+düğüm><-
7
Bağımlı kaynaklar
Voltaj kontrollü voltaj kaynağı: E[isim] <+düğüm><-düğüm><+kontrol eden><+kontrol
eden><kazanç>
Örneğin: E1 4 2 1 0 5
Akım kontrollü akım kaynağı:F[isim] <+düğüm><-düğüm><kontrol eden voltaj
kaynağı><kazanç>
Örneğin: F1 4 2 Vo 2;Not:BuradakiVo'ın gerilimi 0V'dır ve Pspice sadece üzerinden akan
akımla ilgilenir.
Voltaj kontrollü akım kaynağı:G[isim] <+düğüm><-düğüm><+kontrol eden><+kontrol
eden><kazanç>
Örneğin: G1 4 2 6 0 0.5
Akım kontrollü voltaj kaynağı: H[isim] <+düğüm><-düğüm><kontrol eden voltaj
kaynağı><kazanç>
Örneğin: H1 4 2 Vo 2
PSPICE'la gerçekleştirilebilecek bazı analiz tipleri
.TRAN: Belli bir süre içinde transient analiz yapmakta kullanılır.
Örneğin: .tran 0 10ms .1ms ; 0 ile 10ms arasında, 0.1mslik artımlarla benzetim yapılır.
.DC: Belli bir kaynağın değerini belli aralıkta değiştirmek için kullanılır.
Örneğin: .DC Vs 0V 10V .1V ; Vs kaynağının değeri 0 ile 10V arasında 0.1Vluk artışlarla
değiştirilir.
.AC: Devredeki AC kaynağın frekansını belli aralıkta değiştirir.
.TF: transfer fonksiyon anlamına gelir. Örneğin .TF V(5) V(6) ifadesi altıncı düğümdeki
değişimlerin beşinci düğüme etkisini gösterir.
Alt devre
Netlist içinde sıklıkla kullanılacak yapılar alt devre olarak tanımlanabilir.
Alt devre tanımlama
.subckt<isim><alt devre düğümü><alt devre düğümü><alt devre düğümü>
....
....
Ends
Alt devre kullanma
X[isim] <üst devre düğümü><üst devre düğümü><üst devre düğümü>
OKÜ - ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ - ELEKTRONİK LABORATUVARI
8
Örneğin;
Uygulamalar
Seri Rezonans devresi (AC analiz uygulaması)
Bir RLC devresinde toplam empedans rezistif olduğu zaman devre rezonans durumundadır.
Endüktif ve kapasitifreaktanslar birbirlerini vektörel olarak yok ederse ve akım en yüksek
değerini alır. Bunu sonucu olarak faz açısı sıfır olur. Böyle bir devrenin PSPICE ile analizi
aşağıda verilmiştir.
Yarım Dalga Doğrultma devresi (.Tran analiz uygulaması)
OKÜ - ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ - ELEKTRONİK LABORATUVARI
9
Ortak Emiter Yapının çıkış karakteristiğinin elde edilmesi (.DC uygulaması)
Bu örnekte model ismi NPN olan bir transistör kullanılmıştır. Bu tanımlama .model
komutuyla yapılmıştır.Model ismine ek olarak da transistörün akım kazancı 80 olarak
tanımlanmıştır.
MOS çıkış karakteristiği
Bu örnekte www.mosis.org sitesinden alınan model tanımlaması mos.lib dosyasının içine
yerleştirilmiştir. Daha önceki örneklere ek olarak model çağırma işlemi bu lib dosyasından
yapılmaktadır. Burada N kanal MOS transistörün model ismi “cmosn”dır.
LM 741 kütüphanesi kullanarak eviren yükselteç
OKÜ - ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ - ELEKTRONİK LABORATUVARI
10