Elektronik Laboratuvarı Deney Föyü

PN-Jonksiyon ve Zener Diyot
Karakteristikleri
Deney 1
1
Elektronik Laboratuvarı
DENEY 1-1 PN-Jonksiyon Diyot Karakteristikleri
DENEYİN AMACI
1. PN-jonksiyon diyotlarının karakteristiklerini anlamak.
Be
valans
elektronuna
sahip
bir element bir elektron kaybederse,
2. Farklı diyot
tiplerinin
kendine
özgü özelliklerini
tanımak.
3. Çeşitli ölçü aletleri yardımıyla farklı türde diyotların karakteristiklerinin nasıl test edileceğini öğrenmek.
bu element de
ekil 1-1-2'de gösterildi i gibi pozitif bir iyona dönü ür.
GENEL BİLGİLER
Katkılama
Bir yarıiletkenden daha yüksek elektrik akımı iletebilmek için, üç valans elektronuna sahip elementler (boron, galyum veya indiyum gibi) ya da
beş valans elektronuna sahip elementler (antimon, arsenik veya fosfor gibi), daha fazla delik yada serbest elektron elde etmek amacıyla, saf
yarıiletken içerisine eklenirler.
Bu işleme katkılama adı verilirken, ifade edilen üç yada beş valans elektronlu elementler katkı elementi olarak adlandırılır.
İyon
Eğer bazı nedenlerden dolayı, atomun en dış yörüngesine bir veya daha fazla elektron katılırsa ya da en dış yörüngesinden bir veya daha fazla
elektron ayrılırsa, bu atom bir "iyon"a dönüşür.
Pozitif gibi
iyon
beŞekil
valans
iyon buNötr
üçelemente,
valansyeni birNegatif
Üç valans elektronuna Nötr
sahip bir
elektron eklenirse,
element
1-1-1'de gösterildiği
negatif bir iyona dönüşür.
Beş valans elektronuna
sahip
bir
element
bir
elektron
kaybederse,
bu
element
de
Şekil
1-1-2'de
gösterildiği
gibi
pozitif bir iyona dönüşür.
elektronlu atom
elektronlu atom
ekil 1-1-1 Üç valans elektronlu
element
ekil 1-1-2 Be valans elektronlu
element
Kısaca ifade etmek gerekirse, diyot p-tipi ve n-tipi yarıiletkenlerin birle iminden olu ur.
Bir takım p yada n-tipi yarıiletken parçalarının uygun kombinasyonuyla, farklı
elektriksel karakteristikler ortaya çıkacak ve farklı fonksiyonlara sahip yarıiletken
Nötrelemanlar
üç valans
atom
elde edilecektir.
Diyot karakteristiklerinin
tam olarak anla
Negatif
Nötr beş valans
Pozitif ılabilmesi
elektronlu için,
iyon
elektronlu atom
iyon
atom, valans elektronu ve yarıiletken gibi kavramlar hakkında bilgi sahibi olunmalıdır.
Şekil 1-1-1 Üç valans elektronlu
element
Şekil 1-1-2 Beş valans elektronlu
element
Atomun Yapısı
Kısaca ifade etmek gerekirse, diyot p-tipi ve n-tipi yarıiletkenlerin birleşiminden oluşur. Bir takım p yada n-tipi yarıiletken parçalarının uygun
kombinasyonuyla,
elektrikselatomun
karakteristikler
ortaya çıkacak
ve farklı fonksiyonlara
sahipçekirde
yarıiletken i,elemanlar
edilecektir. Diyot
ekilfarklı1-1-3,
yapısını
göstermektedir.
Atom
pozitifeldeyüklü
karakteristiklerinin tam olarak anlaşılabilmesi için, atom, valans elektronu ve yarıiletken gibi kavramlar hakkında bilgi sahibi olunmalıdır.
protonlardan ve yüksüz nötronlardan olu mu tur.
Atomun Yapısı
Şekil 1-1-3, atomun yapısını göstermektedir. Atom çekirdeği, pozitif yüklü protonlardan ve yüksüz nötronlardan oluşmuştur.
Şekil 1-1-3 Atom yapısı
ekil 1-1-3 Atom yapısı
Çevre yörüngelerde bulunan ve atom çekirdeğinin etrafında dönen elektronlar, negatif yüke sahiptir.
Atom çekirdeğindeki protonlar tarafından taşınan yük miktarı, çevre yörüngelerdeki elektronlar tarafından taşınan yük miktarına eşit olduğu için,
atomun kendisi
elektriksel
olarak nötrdür. bulunan ve atom çekirde inin etrafında dönen elektronlar, negatif
Çevre
yörüngelerde
Valans Elektronu
yüke sahiptir.
Atomik yörüngedeki elektronların sayısı 2n2 şeklinde hesaplanır. Burada n ilgili yörüngenin katman numarasıdır. Şekil 1-1-4’te, bu şekilde
düzenlenmiş elektronlar gösterilmektedir.
En dış yörüngede bulunan elektronlar, valans elektronları olarak adlandırılırlar.
Atom çekirde indeki protonlar tarafından ta ınan yük miktarı, çevre yörüngelerdeki
Malzemelerin elektriksel karakteristikleri, valans elektronlarının sayısına göre açıklanabilir.
elektronlar
tarafından ta ınan yük miktarına e it oldu u için, atomun kendisi
Yalıtkan:
Çoğunlukla 8 valans elektronuna sahiptir, elektronlarını serbest bırakması (serbest elektron) ve iletken hale gelmesi çok zordur.
İletken:
elektriksel
olarak
Çoğunlukla 1
valans nötrdür.
elektronuna sahip olması bakımından, elektronlarını serbest bırakması ve iletken hale gelmesi en kolay
olan malzeme türüdür.
Yarıiletken:
2
1-2
Bir yarıiletkenin valans elektronu sayısı, iletken ve yalıtkanın
valans elektron sayıları arasında bir değerdir ve tipik olarak 4’tür.
Yarı iletkenin iletkenlik düzeyi de iletken ile yalıtkan arasında yer almaktadır.
Elektronik Laboratuvarı
2n2 , n: katman
numarası
① 2×12 = 2
② 2×22 = 8
③ en-dış katmanda 4
Şekil 1-1-4 Yörüngelerde yer alanToplam
elektronlar14
elektron.
Saf Yarı İletken
Saf yarıiletkene hiçbir katkı eklenmemişken, en dış yörüngedeki dört elektron komşu atomlarla birleşerek, Şekil 1-1-5'te gösterildiği gibi, bir
sekiz-yüzeyli (octahedron) oluştururlar. Burada, ilgili elektron çiftleri bir kovalent bağ oluşturmaktadır. Kovalent bağ sonrasında, elektronlar
atomlara bağlandığı için, saf yarıiletken iletmeyen durumdadır. Bununla birlikte, ortam sıcaklığı mutlak sıfırdan (-2730C) büyük olduğunda,
yüksek sıcaklığın etkisiyle bazı elektronların hareketi artacak ve sonuç olarak bu elektronlar kovalent bağdan kurtularak, Şekil 1-1-6'da
gösterildiği gibi, serbest elektron gibi davranacaklardır.
Elektron kovalent bağdan koptuktan sonra, yerinde "delik" olarak adlandırılan bir boşluk bırakır. Normalde elektriksel olarak nötr olan atomdan
bir elektronun ayrılmasıyla, bu atom pozitif yüklü pozitif bir iyona dönüşür.
Oda sıcaklığında, silisyum ve germanyumda birkaç serbest elektron bulunduğu için (ve buna eşit sayıda delik, n=p), saf yarıiletken tam olarak
yalıtkan değildir.
Şekil 1-1-5 Sekiz-yüzeylinin (octahedron) yapısı Şekil 1-1-6 Kovalent bağdan kopan elektron
N-Tipi Yarı İletken
Beş valans elektronuna sahip elementlerin, düzgün dağılımlı olarak, germanyum yada silisyuma eklenmesi sonucunda, valans elektronları
birbirleriyle kovalent bağ oluştururlar. Bu şekilde, her beş valans elektronlu elementin, komşu dört valans elektronlu elementlerle (germanyum,
silisyum) kovalent bağ yapması, Şekil 1-1-7'de gösterildiği gibi, fazladan bir elektronla sonuçlanır. Bu şekilde oluşan yarıiletkene, N-tipi
yarıiletken denir. (N: elektriksel olarak negatif; elektron negatif yüke sahip olduğu için).
Eklenen katkı atomu, yarıiletken malzemeye elektron katkısında bulunduğu için, beş valans elektronuna sahip katkı maddesine “katkı atomu”
yada “donör atomu” adı verilir.
Beş valans elektronuna sahip elementlerin saf yarıiletkene eklenmesiyle, serbest elektron sayısı oldukça artar. Elektronlar, deliklere göre
çoğunlukta oldukları için, "çoğunluk taşıyıcıları" olarak adlandırılırken, delikler "azınlık taşıyıcıları" olarak adlandırılırlar.
Şekil 1-1-7 N-tipi yarıiletkenin yapısı
P-Tipi Yarı İletken
Üç valans elektronuna sahip elementlerin (Boron, Galyum yada İndiyum), düzgün dağılımlı olarak, germanyum yada silisyuma eklenmesi
sonucunda, valans elektronları birbirleriyle kovalent bağ oluştururlar. Bu şekilde, her üç valans elektronlu elementin, komşu dört valans
elektronlu elementlerle (germanyum, silisyum) kovalent bağ yapması, yeterli elektron bulunmamasından dolayı, bir boşlukla sonuçlanır. Şekil 11-8’de gösterilen bu boşluk, delik olarak adlandırılır. Üç valans elektronlu elementin eklenmiş olduğu yarıiletkene, P-tipi yarıiletken denilir (P:
Pozitif, delik elektriksel olarak pozitif kabul edilir).
Saf yarıiletkene üç valans elektronlu elementlerin eklenmesiyle ortaya çıkan boşluklar, serbest elektronları almaya hazır olduğundan, üç valans
elektronlu katkı elementleri, alıcı (akseptör) atomlar olarak adlandırılır.
3
Elektronik Laboratuvarı
Şekil 1-1-8 P-tipi yarıiletkenin yapısı
Üç valans elektronuna sahip elementlerin saf yarıiletkene eklenmesiyle, delik sayısı oldukça artar. Delikler, elektronlara (serbest elektronlar)
göre çoğunlukta oldukları için, "çoğunluk taşıyıcıları" olarak adlandırılırken, elektronlar "azınlık taşıyıcıları" olarak adlandırılırlar.
Genellikle delik, elektriksel olarak pozitif kabul edilir. Bir valans elektronu kovalent bağını koparmaya yetecek enerjiyi alır ve komşu atomlardaki
herhangi bir deliği doldurursa, bu durumda elektronu bırakan kovalent bağda bir boşluk oluşur. Bu yeni boşluk da, başka bir kovalent bağdaki
bir elektronla doldurulmaya hazırdır. Bu işlem sürekli tekrarlanır ve bu şekilde delik, elektron hareketinin ters yönünde hareket eder.
Şekil 1-1-9'da gösterildiği gibi, tam bir kovalent bağdaki elektron, boşluğu doldurmak için kovalent bağını kopardığında, bu elektron, 1. ve 2.
satırda görüldüğü gibi, sağdan sola doğru hareket eder. Delik ise, elektronun aksine, soldan sağa doğru hareket eder. Başka bir ifadeyle,
elektron akış yönü, delik akış yönünün tersidir. Negatif yük taşıyan elektron bir deliği doldurabilir, çünkü deliğin bulunduğu kovalent bağ, bir
oktahedron oluşturabilmek için diğer elektronları çekmektedir. Elektron ve delik arasındaki ilişki, pozitif ve negatif yükler arasındaki çekim
ilişkisine benzemektedir. Elektron negatif yüklü olduğu için, deliğin de pozitif yüke sahip olduğu kabul edilir.
Şekil 1-1-9 Elektronların hareketi
PN-Jonksiyon Diyodu
Şekil 1-1-10'da gösterildiği gibi, P-tipi bir yarıiletkenin, N-tipi yarıiletkenle birleştiğini kabul edelim. P-tipi yarıiletkende çok sayıda delik, N-tipi
yarıiletkende ise çok sayıda elektron bulunduğundan, P-N birleşimi durumunda, jonksiyona yakın olan elektronlar, jonksiyona yakın olan
delikleri, Şekil 1-1-10(a)’da gösterildiği gibi, doldurur. N-tipi yarıiletkenin jonksiyona yakın olan kısmı elektron kaybettiği için pozitif iyona
dönüşürken, P-tipi yarıiletken ise delik kaybettiği için negatif iyona dönüşür (Şekil 1-1-10(b)).
(a) (b)
Şekil 1-1-10 P- ve N-tipi yarıiletkenlerin birleşimi
Böylece, jonksiyona yakın bölgede taşıyıcılar (elektronlar ya da delikler) azalırken, sadece pozitif yada negatif yüklü iyonlar mevcut olur ve bu
bölge boşaltılmış bölge olarak adlandırılır. Boşaltılmış bölgedeki pozitif yüklü iyonlar delikleri, negatif yüklü iyonlar da elektronları ittiği için,
elektron ve delikler arasındaki bu birleşimin devam etmesi engellenmiş olur.
Boşaltılmış bölgedeki iyonların, elektron ve deliklerin jonksiyondan geçmesini engelleyen etkisi, engel (eşik) gerilimi olarak adlandırılır.
Germanyum (Ge) için P-N jonksiyonundaki tipik engel gerilim değeri 0.2~0.3V, silisyum (Si) için P-N jonksiyonundaki tipik engel gerilimi ise
0.6~0.7V civarındadır.
İleri Öngerilimleme
Şekil 1-1-11'de gösterildiği gibi, güç kaynağının artı ve eksi uçları sırasıyla P ve N'ye bağlanırsa, bu bağlantı "ileri öngerilimleme" olarak
adlandırılır.
Eğer ileri öngerilimlemede uygulanan gerilim, engel gerilimini aşmak için yeterliyse, elektronlar güç kaynağının artı ucu tarafından çekilirken,
eksi ucu tarafından da itilirler. N-tipi yarıiletkendeki elektronlar böylece P-N jonksiyonunu geçerek, deliklerle birleşmek için P-tipi yarıiletkene
girerler. Harici güç kaynağı (E) tarafından üretilen elekronlarla birlikte, elektronların iyonizasyonu sonucu N-tipi yarıiletkende çok sayıda delik
oluşur. Elektronlar, güç kaynağının (E) etkisiyle sürekli olarak, E'nin eksi ucundan artı ucuna doğru bir elektron akışı oluşturacak şekilde,
hareket ederler. Bu elektron akış yönü, geleneksel elektrik akım yönüne gore terstir.
4
Elektronik Laboratuvarı
Diyodun P-N jonksiyonuna uygulanan ileri öngerilim, IF ile gösterilen bir ileri yön akımı oluşturur. IF'nin değeri harici güç kaynağı (E) ile doğru
orantılı ve diyodun iç direnci (r) ile ters orantılıdır.
Şekil 1-1-11 İleri öngerilimleme
Difüzyon Kapasitesi: Enjekte edilen yüklerin, gerilime göre değişim hızı olarak tanımlanılır.
dQ
dI
Cd =
=τ
(Q = Iτ)
dV
dV
Difüzyon kapasitesi, I akımı ile doğru orantılıdır.
Tersine Öngerilimleme
Şekil 1-1-12'de görüldüğü gibi, eğer güç kaynağının artı ve eksi uçları sırasıyla N ve P'ye bağlanırsa, hem elektronlar hem de delikler E
tarafından çekilirler ve jonksiyon bölgesinden uzaklaşırlar. Bunun sonucunda da boşaltılmış bölge genişler ve hiçbir elektron yada delik
jonksiyonu geçip birleşemez. Harici gerilimi bu şekilde uygulamak "tersine öngerilimleme" olarak adlandırılır.
Şekil 1-1-12 Tersine öngerilimleme
P-N jonksiyonuna ters öngerilim uygulandığında, ideal durumda ters yönde hiç akım akmaz. Fakat sıcaklık etkisinden dolayı, ısı enerjisi
yarıiletkende azınlık elektron-delik çiftleri meydana getirir. P-N jonksiyonuna ters öngerilim uygulandığında; P-tipi yarıiletkendeki azınlık
elektronları, N-tipi yarıiletkendeki azınlık taşıyıcıları olan deliklerle birleşebilmek için P-N jonksiyonun geçebilirler. Pratikte P-N jonksiyonuna
ters öngerilim uygulandığında, çok küçük bir akım akar. Bu akım, kaçak akım veya ters doyma akımı olarak adlandırılır ve I R veya IS ile
gösterilir.
IR, ters öngerilim değerinden bağımsızdır, ancak sıcaklık ile ilişkilidir. Germanyum ya da silisyum olmasından bağımsız olarak, her 100C'lik
sıcaklık artışında IR iki katına çıkar. Aynı sıcaklık koşullarında, silisyum diyodun I R (IS) değeri, germanyum diyodunkinin sadece %1-%0.1’i
kadardır. 25 oC oda sıcaklığında, ters öngerilim uygulanmış germanyum diyodun I R değeri 1~2 A’dir ve bu durumda diyot açık devre kabul
edilir.
A
Ters öngerilim sonucu, boşaltılmış bölgenin genişliği artar ve bunun sonucunda geçiş kapasitesi (C = ε ) küçülür. Diğer bir ifadeyle, daha
d
yüksek ters öngerilim değeri, daha büyük d ve daha küçük kapasite değerine sebep olur.
Kırılma (Breakdown)
İdeal PN-jonksiyon diyoduna ters öngerilim uygulandığı durumda, IR akımı çok küçük olur. Ancak, uygulanan ters öngerilim çok yüksek olursa
(nominal değerden daha yüksek), azınlık taşıyıcıları, çarpışma ve kovalent bağları koparma yoluyla, önemli miktarda elekton-delik çifti
oluşturmaya yetecek enerjiye sahip olurlar. Bu yeni üretilen elektron ve delikler de, yüksek ters öngerilimden aldıkları enerjiyle diğer kovalent
bağları koparırlar. Serbest elektronların hareketinin hızlanmasıyla, ters yönde akan akım önemli ölçüde artmış olur. Bu olay "kırılma" olarak
adlandırılır.
Diyotta, artan ters öngerilim nedeniyle, kırılma olayı ortaya çıktığında akım sınırlanmazsa, diyot yanar.
Kırılma olayı gerçekleşmeyecek şekilde diyoda uygulanabilecek maksimum ters öngerilim değerine, ters tepe gerilimi (PIV yada PRV) adı verilir.
Diyodun Montajı ve Sembolü
Diyodun üretimi, P-N jonksiyon gövdesine iki kurşun tel eklenmesi ve daha sonra da gövdenin seramik veya cam ile kaplanmasıyla tamamlanır
(yüksek güçlü diyotlara, ısı yayılımını sağlamak için, demir muhafaza da eklenir).
Diyodun, PN-jonksiyon yapısı Şekil 1-1-13(a)'da, devre sembolü 1-1-13(b)'de ve katot ucunun bir band ile işaretlenmesi de 1-1-13(c)'de
gösterilmiştir.
5
Elektronik Laboratuvarı
Şekil 1-1-13 PN-jonksiyon diyodu için devre sembolleri
Diyodun Karakteristik Eğrisi (V-I Eğrisi)
Şekil 1-1-14 Diyotların karaktersitik eğrileri
İleri öngerilim karakteristik eğrisi, Şekil 1-1-14(b)'nin birinci bölgesinde gösterilmiştir. Karakteristik eğriden, diyoda uygulanan ileri öngerilim
değeri eşik geriliminden (Vr) küçük olduğunda, akımın çok küçük olduğu görülmektedir. İleri öngerilim değeri, eşik gerilimini aştığında
(germanyum diyot için 0.2V, silisyum diyot için 0.6V), IF akımı çok hızlı bir şekilde artar, bir anlamda diyot kısa devre gibi çalışır (VF, yaklaşık
0.7V olacak şekilde). Diyodun eşdeğer devresi şekil 1-1-15'te gösterilmiştir.
Şekil 1-15 İdeal diyodun karakteristik eğrisi
Şekil 1-1-14’teki devre için ileri öngerilim akımı IF şu şekilde hesaplanır.
𝐈𝐅 =
6
𝐄 − 𝐕𝐅 𝐄 − 𝟎. 𝟕𝐕
=
𝐑+𝐫
𝐑+𝐫
Elektronik Laboratuvarı
Burada r, diyodun iç direncidir.
Sıcaklığın artması durumunda, diyot üzerinde ileri yöndeki gerilim düşümü azalır ve bu azalma miktarı şu şekilde hesaplanır;
∆VF = K × ∆T
∆T : Sıcaklıktaki değişim (artış)
K = −2.5 mV⁄℃ (silisyum) ve − 1.3 mV⁄℃ (germanyum)
Diyodun ters öngerilim karakterisitk eğrisi, Şekil 1-1-14(b)'nin 3. bölgesinde gösterilmiştir ve aşağıdaki şekilde ifade edilir:
(1) Kırılmadan önceki ters yön akımı çok küçüktür ve diyot açık-devre olarak değerlendirilebilir.
(2) Oda sıcaklığında (25℃), germanyum diyodun IR değeri birkaç A iken, silisyum diyot için IR değeri, germanyum diyodununkinin %1~%0.1'i
kadardır.
(3) Silisyum yada germanyum olmasından bağımsız olarak, diyodun IR değeri, her 10℃’lik sıcaklık artışında, ikiye katlanır.
(4) Ters öngerilim değeri kırılma gerilimine ulaştığında, IR büyük bir hızla artar.
Silisyum ve Germanyum Diyotların Karşılaştırması
Aynı üretim şartları altında, silisyum ve germanyum diyotlar arasındaki bir karşılaştırma Tablo 1-1-1’de gösterilmiştir.
Özellik
Sıcaklık
PIV
Tip
Silisyum
Yüksek
Germanyum
Düşük
Aralığı
Eşik
(Vr)
200℃
0.7V (0.6V)
100℃
Gerilimi
Sızıntı
Akımı (Ir)
Germanyumun
%1~%0.1'i
Birkaç A
0.3V (0.2V)
Tablo 1-1-1 Diyot karakteristiklerinin Karşılaştırılması
Diyodun Karakteristik Parametreleri
Doğrultucu diyodun temel parametreleri şu şekilde tanımlanır:
(1) Nominal Akım : Yük olarak direnç kullanıldığında diyottan geçebilecek “ortalama akım”dır ve üretici kataloglarında genellikle Io ile gösterilir.
(2) Ters Tepe Gerilimi (PIV) : Üretici kataloglarında genellikle VR ile gösterilir.
Diyodun İsimlendirilmesi
(1) 1Sxxx : Japon standardı, örneğin 1S1604
(2) OAxxx : Avrupa standardı, örneğin OA200
(3) 1Nxxx : Amerikan standardı, örneğin 1N4001
Bunlar arasında en bilineni ve en çok kullanılanı 1N diyotlarıdır. Diğer isimlendirme standartları için mevcut ticari kataloglara bakılabilir. Sık
kullanılan bazı diyotlara ilişkin parametreler Tablo 1-1-2’de gösterilmiştir.
İsimlendirme
Parametre
İsimlendirme
Parametre
1N4001
1A/50V
1N5400
3A/50V
1N4002
1A/100V
1N5401
3A/100V
1N4003
1A/200V
1N5402
3A/200V
1N4004
1A/400V
1N5403
3A/300V
1N4005
1A/600V
1N5404
3A/400V
1S1905
1A/100V
1S1996
3A/200V
1S1906
1A/200V
1S1997
3A/400V
1S1907
1A/400V
1S1998
3A/600V
Tablo 1-1-2 Sık kullanılan bazı diyotlara ilişkin parametreler
KULLANILACAK ELEMANLAR
1.
2.
3.
4.
5.
6.
2KΩ
10KΩ
1N4148
1N60
Osiloskop
Multimetre
Direnç
Pot.
Diyot
Diyot
DENEYİN YAPILIŞI
1. Devreye şekildeki gibi 1KHz, 20 Vpp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın.
2. CH1(X) girişi diyodun gerilimini ölçmek ve göstermek için kullanılırken, CH2(Y) girişi diyotun akımını ölçmek ve göstermek için kullanılır.
3. Osiloskobu X-Y moduna ve DC giriş bağlantı konumuna ayarlayın. Osiloskoptaki grafiği gözleyin ve Şekil 1-1-18’e kaydedin.
4. VR2(10K)’yi ayarlayın ve eğrideki değişimi gözleyin.
7
Elektronik Laboratuvarı
Şekil 1-1-16 V-I eğrisinin ölçüm devresi
Şekil 1-1-18 Ölçülen V-I eğrisi
A. Si Diyodun V-I Eğrisinin Çizilmesi (II) – Voltmetre-Ampermetre Yöntemi
1. Voltmetre ve ampermetreyi bağlayın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2 potansiyometresini devreye bağlayın.
2. 12VDC güç kaynağını devreye bağlayın.
3. VR2 (10K) potansiyometresini, diyodun uçları arasına 0.1V’luk aralıklarla, 0.1V ile 0.7V arasında gerilimler uygulayacak şekilde ayarlayın.
Her gerilim değerine karşılık gelen IF ileri yön akımını ölçün ve Tablo 1-1-3’e kaydedin.
4. Şekil 1-1-19’daki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın(ters bağlantı), voltmetre ve ampermetreyi bağlayın.
5. VR2 (10K) potansiyometresini, diyodun uçları arasına 1V’luk aralıklarla, 1V ile 5V arasında V R gerilimleri uygulayacak şekilde ayarlayın.
Her gerilim değerine karşılık gelen IR akımını ölçün ve Tablo 1-1-4’e kaydedin.
6. Tablo 1-1-3 ve 1-1-4’teki değerleri kullanarak, V-I eğrisini Şekil 1-1-18’de çizin.
Şekil 1-1-19
Tablo 1-1-3
VF (V)
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
IF (µA)
8
Elektronik Laboratuvarı
0.6
0.7
Tablo 1-1-4
VR (V)
1
2
3
4
5
IR (µA)
B. Ge Diyodun V-I Eğrisinin Çizilmesi (I) – Voltmetre-Ampermetre Yöntemi
1. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2 potansiyometresini devreye bağlayın. 12VDC güç kaynağını devreye bağlayın.
2. VR2(10K) potansiyometresini, diyodun uçları arasına 0.1V’luk aralıklarla, 0.1V ile 0.7V arasında gerilimler uygulayacak şekilde ayarlayın.
Her gerilim değerine karşılık gelen IF ileri yön akımını ölçün ve Tablo 1-1-5’e kaydedin.
3. Şekil 1-1-21’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın(ters bağlantı), voltmetre ve ampermetreyi bağlayın.
4. VR2(10K) potansiyometresini, diyodun uçları arasına 1V’luk aralıklarla, 1V ile 5V arasında VR gerilimleri uygulayacak şekilde ayarlayın.
Her gerilim değerine (kırılmanın olmadığı) karşılık gelen IR akımını ölçün ve Tablo 1-1-6’ya kaydedin.
5. Tablo 1-1-5 ve 1-1-6’daki değerleri kullanarak, V-I eğrisini Şekil 1-24’te çizin.
Şekil 1-1-21 IF ve IR’yi ölçme devresi
Tablo 1-5
VF (V)
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
IF (µA)
Tablo 1-1-6
VR (V)
1
2
3
IR (µA)
Şekil 1-1-23 Ölçülen V-I eğrisi
9
Elektronik Laboratuvarı
4
5
C. Ge Diyodun V-I Eğrisinin Çizilmesi (II) - Osiloskop Yöntemi
1. Şekil 1-1-24’teki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2 potansiyometresini devreye
bağlayın.
2. Devreye 1KHz, 20 Vpp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın.
3. Osiloskobun CH1(X) girişi diyodun gerilimini ölçmek ve göstermek için kullanılrken, CH2(Y) girişi diyotun akımını ölçmek ve göstermek
için kullanılır.
4. Osiloskobu X-Y moduna ve DC giriş bağlantı konumuna ayarlayın. Osiloskoptaki grafiği gözleyin ve Şekil 1-1-23’e kaydedin.
5. VR2(10K)’yi ayarlayarak eğrideki değişimi gözleyin.
Şekil 1-1-24
SONUÇLAR
Genel diyotlar, kullanılan malzemeye göre silisyum ve germanium diyotlar olmak üzere iki gruba ayrılabilir. Deney sonuçlarından, gerçek
silisyum ve germanyum diyotlar için eşik gerilimleri belirlenebilir. Kırılma gerilimi testi, aşırı ters yön gerilimi diyoda zarar vereceği için
gerçekleştirilmemiştir. Sadece karakteristik eğri içeriğinde I R testi gerçekleştirilmiş ve tipik olarak birkaç µA’lik sonuçlar elde edilmiştir. Kırılma
sonrası akacak akım, devredeki harici gerilim kaynağına ve dirence bağlıdır ve tipik olarak birkaç Amper düzeylerindedir.
10
Elektronik Laboratuvarı
LED ve Fotodiyot Karakteristikleri
Deney 2
11
Elektronik Laboratuvarı
DENEY 2-1 LED Karakteristikleri
DENEYİN AMACI
1.
2.
LED’in karakteristiklerini anlamak.
LED’in karakteristiklerini ölçmek.
GENEL BİLGİLER
Işık-yayan diyot (LED), galyum arsenik fosfit yada galyum fosfitten yapılan bir tür PN-jonksiyon diyodudur. İleri öngerilimleme durumunda
LED’in elektron ve delikleri birleştiğinde, serbest elektronlar tarafından taşınan enerji, görülebilir ışık spektrumunda olan ışık enerjisine
dönüştürülür. Eğer malzeme olarak silisyum veya germanyum kullanılırsa, enerji ısı enerjisine dönüştürülür, ancak görülebilir bir ışık üretilmez.
Tipik olarak, LED’lerin çalışma gerilimi 1.7V ~ 3.3V düzeylerindedir. Güç tüketimleri 10 ile 150mW civarında olup, çalışma ömürleri 100 bin saati
aşmaktadır.
LED’ler seçilen malzemeye bağlı olarak, kırmızı, beyaz, sarı, yeşil vs. ışık üretebilirler.
İletim yönünde minimum 1.5V’luk gerilim uygulandığında, LED’ler ışık yaymaya başlar. Akım arttıkça, LED’in parlaklığı da artar. Bununla birlikte,
akım 10mA’i aştıktan sonra parlaklıkta önemli bir artış olmaz.
Eğer LED’in üzerinden sürekli yüksek akım akıtılırsa, LED yanar.
LED’in kırılma gerilimi çok küçük olduğu için, uygulanan ters gerilim 3V’u aşmamalıdır.
KULLANILACAK ELEMANLAR
1.
2.
3.
4.
5.
470Ω
Direnç
10 KΩ
Pot.
Kırmızı Led (genel tip)
Kırmızı Led (yüksek verimli)
Yeşil Led (genel tip)
DENEYİN YAPILIŞI
A. IF ile parlaklık arasındaki ilişkinin belirlenmesi
1. Şekil 2-1-1’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2 potansiyometresini devreye
bağlayın. Devreye 12VDC güç kaynağını bağlayın. Voltmetre ve ampermetreyi bağlayın.
2. VR2(10K)’yi maksimuma ayarlayın. Ampermetrede ölçülen IF ve voltmetrede ölçülen VF değerleri ile LED’in parlaklığını Tablo 2-1-1’e
kaydedin.
3. VR2(10K)’yi minimuma ayarlayın ve 3. adımı tekrarlayın.
4. VR2(10K)’yi, 10mA’lik IF akımı okuyacak şekilde ayarlayın. Voltmetrede ölçülen VF değerini ve LED’in parlaklığını Tablo 2-1-1’e kaydedin.
Tablo 2-1-1
VR
Maksimum
Minimum
IF (mA)
Parlaklık
VF (V)
Şekil 2-1-1 LED için ölçüm devresi
12
Elektronik Laboratuvarı
Ayar Değeri
B. LED’lerin IF değerlerinin ölçülmesi
1. Şekil 2-1-3’teki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Devreye sabit 12VDC güç kaynağını bağlayın.
2. Ampermetreyi bağlayın ve kırmızı LED’in (CR5,yüksek-verimli tip) IF değerini ölçüp Tablo 2-1-2’ye kaydedin.
3. Güç kaynağını kapatın. Şekil 2-1-3’teki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın (CR6 genel tip LED’İ devreye
bağlayın). Güç kaynağını açın.
4. Ampermetreyi bağlayın ve CR6 kırmızı LED’in (genel tip) IF değerini ölçüp Tablo 2-1-2’ye kaydedin.
5. Güç kaynağını kapatın. Şekil 2-1-3’teki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın (CR7 yeşil LED’i devreye bağlayın).
Güç kaynağını açın.
6. Ampermetreyi bağlayın ve yeşil LED’in (genel tip) IF değerini ölçüp Tablo 2-1-2’ye kaydedin.
Şekil 2-1-3 IF ölçümleri için devre
Tablo 2-1-2
LED
Yüksek Verimli CR5
Kırmızı
CR6
Yeşil
CR7
IF (mA)
SONUÇLAR
LED’in parlaklığı ve uygulanan gerilim (akım) arasındaki ilişki, Tablo 2-1-1’deki deney sonuçlarından görülmektedir. Tipik olarak, üzerinden akan
akım 10mA’e ulaştığı zaman LED’in parlaklığı tam olarak görülebilir hale gelir. Daha yüksek akım değerleri LED’in parlaklığını önemli ölçüde
artırmamakla birlikte, LED’in çalışma ömrünü kısaltacaktır.
Ayrıca farklı LED tipleri için ileri yön akımları hemen hemen aynıdır.
DENEY 2-2 Fotodiyot Karakteristikleri
DENEYİN AMACI
1. Fotodiyot karakteristiklerini anlamak.
2. Fotodiyot karakteristiklerini ölçmek.
GENEL BİLGİLER
Foto-diyot, çalışma bölgesi ters öngerilim bölgesiyle sınırlı olan jonksiyon tipi bir yarıiletken elemandır. Fotodiyodun temel yapısı,
öngerilimlenmesi ve sembolleri Şekil 2-2-1’de gösterilmiştir.
13
Elektronik Laboratuvarı
Şekil 2-2-1 Fotodiyodun öngerilimlenmesi ve sembolleri
Fotodiyodun ters öngerilim durumundaki akımı, şekil 2-2-2’de gösterildiği gibi, ışık şiddetiyle doğru orantılıdır.
Şekil 2-2-2 Fotodiyodun karakteristik eğrileri
Transistöre benzeyen fototransistörün de emetör akımı ışık şiddetiyle doğru orantılıdır. Fotodiyot ve fototransistörlerde kullanılan ışık kaynakları
arasında görünür ışık, kızılötesi ve lazer ışınları yer almaktadır.
KULLANILACAK ELEMANLAR
1.
2.
3.
Fotodiyot
Fototransistor
470Ω
Direnç
DENEYİN YAPILIŞI
1. Şekil 2-2-3ve 2-2-4’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Devreye sabit 12VDC güç kaynağını bağlayın.
2. Ampermetreyi bağlayın ve sırasıyla şu koşullar altında I R değerlerini ölçün: (1) Fotodiyot ışık alırken, (2) ışık engellenmişken. Daha sonra
sırasıyla en parlak ışık ve en düşük ışık durumlarındaki IR değerlerini kaydedin.
3. Ölçülen IR değerlerini ve 𝐼𝐷 =
Fotodiyot
Parlak ışık
Düşük ışık
12𝑉
470Ω+𝑅𝐷
denklemini kullanarak, RD direnç değerini hesaplayın.
IR=___________ ,
IR=___________ ,
RD=___________
RD=___________
4. Şekil 2-2-4(a)’daki devre ve Şekil 2-2-4(b)’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın.
5. Ampermetreyi bağlayın ve sırasıyla şu koşullar altında IE değerlerini ölçün: (1) Fototransistör ışık alırken, (2) ışık engellenmişken. Daha
sonra sırasıyla en parlak ışık ve en düşük ışık durumlarındaki IE değerlerini kaydedin.
Fototransistör
Parlak ışık
Düşük ışık
14
IE=___________
IE=___________
Elektronik Laboratuvarı
Şekil 2-2-3 Fotodiyot ölçümleri için devre
Şekil 2-2-4 Fototransistör ölçümleri için devre
SONUÇLAR
Fotodiyodun, ileri öngerilim ve ışık almadığı durumlardaki ters öngerilim karakteristikleri, genel diyodunkine benzemektedir. Işık olduğu zaman,
genel diyottan farklı olarak, ters yöndeki akım ışığın şiddetiyle doğru orantılı olur. Pratikte, ışık dönüşümü ile elde edilen akım, direkt olarak bir
yükü sürmek için kullanılamaz. Yükü sürebilmek için, bu akımın bir tranzistör veya IC tarafından kuvvetlendirilmesi gerekir.
15
Elektronik Laboratuvarı
Yarım ve Tam Dalga Doğrultucu
Deney 3
16
Elektronik Laboratuvarı
DENEY 3-1 Yarım-Dalga Doğrultucu
DENEYİN AMACI
1. Yarım-dalga doğrultucu devrenin çalışma prensibini anlamak.
2. Yarım-dalga doğrultucu devrenin çıkış gerilimini ve dalgacık gerilimini ölçmek.
GENEL BİLGİLER
DC Güç Kaynağı
Elektronik cihazlar, güç kaynağı olarak DC güce gereksinim duyarlar. Piller dışında, DC güç elde etmek için en sık kullanılan yöntem AC
gerilimin DC gerilime dönüştürülmesidir. Tam bir DC güç kaynağı, Şekil 3-1-1’de gösterilen bloklardan oluşur. AC gerilim, transformatör
yardımıyla istenilen gerilim düzeyine dönüştürülür, daha sonra doğrultucu ile darbeli DC gerilim elde edilir. Darbeli DC gerilim, filtre devresiyle
minimum dalgacıklı saf DC gerilime haline getirilir. Eğer DC gerilim, yüksek doğruluk gereksinimi olan bir yüke uygulanacaksa, sisteme bir
gerilim regülatörü de eklenir. En sık kullanılan doğrultucu devreler: (1)yarım-dalga doğrultucu, (2)tam-dalga doğrultucu, (3)köprü doğrultucu.
VAC
Gerilim
Dönüştürme
Doğrultma
Filtereleme
Gerilim
Regülasyonu
VDC
Şekil 3-1-1 Dc güç kaynağının blok diyagramı
Kondansatör Filtresiz Yarım-Dalga Doğrultucu
Yarım-dalga doğrultucu Şekil 3-1-2(a)’da gösterilmiştir. Şekil 3-1-2(b)’de gösterilen Vi giriş geriliminin pozitif alternansında diyot iletimde olur ve
Şekil 3-1-2(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre VO=Vi olur.
Negatif alternans süresince diyot kesimdedir ve bu durumda eşdeğer devre Şekil 3-1-2(d)’de gösterildiği gibidir. Şekil 3-1-2(b)’de gösterildiği
gibi, VO sadece pozitif alternansta ortaya çıkmaktadır. Vdc= Vav= 0.9Vrms/2= 0.45Vrms.
(a) Devre
(b) Giriş ve çıkış dalga şekilleri
(c) Diyot ON
(d) Diyot OFF
Şekil 3-1-2 Kondansatör filtresiz yarım-dalga doğrultucu
Kondansatör Filtreli Yarım-Dalga Doğrultucu
Kondansatör filtresiz yarım dalga doğrultucunun çıkış dalga şekli Şekil 3-1-2(b)’de gösterilmişti. Kondansatör filtreli yarım-dalga doğrultucu
devresi, şarj ve deşarj durumları için, sırasıyla Şekil 3-1-3(a) ve (b)’de gösterilmiştir.
RL=1KΩ ve RL=∞ durumları için çıkış dalga şekilleri, sırasıyla Şekil 3-1-3(c) ve (d)’de gösterilmiştir. Daha büyük RL değeri, deşarj süresinin
artmasına ve böylece çıkış geriliminin daha pürüzsüz olmasına neden olur.
17
Elektronik Laboratuvarı
(c) RL=1KΩ iken
(d) RL= ∞ iken
çıkış dalga şekli
çıkış dalga şekli
Şekil 3-1-3 Kondansatör filtreli yarım-dalga doğrultucu
KULLANILACAK ELEMANLAR
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
10 KΩ
Direnç
220 Ω
Direnç
1 MΩ
Pot.
1N4007 (*4) Diyot
10µF
Kapasitör
220µF
Kapasitör
Osiloskop
Multimetre
DENEYİN YAPILIŞI
A. Kondansatör Filtresiz Yarım-Dalga Doğrultucu
1. Şekil 3-1-4’teki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın.
2. AC güç kaynağından, Vac giriş uçları devreye 9VAC gerilim uygulayın.
3. Multimetreyi kullanarak, Vac giriş gerilimini (AC konumda) ve Vdc çıkış gerilimini (DC konumda) ölçün ve Tablo 3-1-1’e kaydedin.
4. Osiloskobu kullanarak, Vac giriş gerilimini ve OUT (TP3) ucundan, Vdc çıkış gerilimi (DC bağlantı konumu) ile Vr dalgacık gerilimini (AC
bağlantı konumu) ölçün ve Tablo 3-1-1’e kaydedin.
Şekil 3-1-4 Kondansatör filtresiz yarım-dalga doğrultucu
18
Elektronik Laboratuvarı
B. Kondansatör Filtreli Yarım-Dalga Doğrultucu
1. Şekil 3-1-6’daki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR4 potansiyometresini devreye
bağlayın.
2.
AC güç kaynağından, Vac giriş uçları devreye 9VAC gerilim uygulayın. VR4(1MΩ)’ü maksimuma ayarlayın.
3. Multimetreyi kullanarak, Vac giriş gerilimini (AC konumda) ve Vdc çıkış gerilimini (DC konumda) ölçün ve Tablo 3-1-1’e kaydedin.
4. Osiloskobu kullanarak, Vac giriş gerilimini ve OUT (TP3) terminalinden, Vdc çıkış gerilimi (DC bağlantı konumu) ile Vr dalgacık gerilimini
(AC bağlantı konumu) ölçün ve Tablo 3-1-1’e kaydedin.
5. VR4(1MΩ)’ü minimuma ayarlayın ve 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın.
6. Şekil 3-1-6’daki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Böylece C6 (220µF) filtre kondansatörü C5 (10µF) ile, R yük direnci
R7 (1KΩ) ile değiştirilmiş olur.
7. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın.
Şekil 3-1-6 Kondansatör filtreli yarım-dalga doğrultucu
Tablo 3-1-1
Vrms / Vpp
Multimetre
Test
noktası
IN
OUT
IN
OUT
Vac
Vdc
Vac
Vdc
Yarım-Dalga
Doğrultucu
Devre
19
Osiloskop
C yok
C6 : 220µF
VR4 : MAX
C6 : 220µF
VR4 : MIN
C5 : 10µF
R : 1K
Elektronik Laboratuvarı
Vr
SONUÇLAR
Yarım-dalga doğrultucu devresinde, filtre kondansatörü ve yük direncinin değeri arttıkça çıkış gerilim artmakta dalgacık gerilimi ise
azalmaktadır.
DENEY 3-2 Tam-Dalga Doğrultucu
DENEYİN AMACI
1. Tam-dalga doğrultucu devrenin çalışma prensibini anlamak.
2. Tam-dalga doğrultucu devrenin çıkış gerilimini ve dalgacık gerilimini ölçmek.
GENEL BİLGİLER
Kondansatör Filtresiz Tam-Dalga Doğrultucu
Tam-dalga doğrultucu devresi Şekil 3-2-1(a)’da gösterilmiştir. Bu devrede merkez-bağlantılı bir transformatör kullanılmalıdır (Vac1=Vac2).
Şekil 3-2-1 Kondansatör filtresiz tam-dalga doğrultucu devresi
Pozitif alternans süresince, Vac1 giriş gerilimi Şekil 3-2-1(b)’de gösterilmiştir. Vac1’in üst ucu poizitif, alt ucu negatif olduğu için D1 diyodu iletimde,
D2 diyodu ise kesimde olur. Bu durumda eşdeğer devre Şekil 3-2-1(c)’de ve VO gerilimi Şekil 3-2-1(d)’de gösterilmiştir.
Negatif alternans süresince, Vac2 giriş gerilimi Şekil 3-2-1(e)’de gösterilmiştir. Vac1’in üst ucu negatif, alt ucu pozitif olduğu için D2 diyodu
iletimde, D1 diyodu ise kesimde olur. Şekil 3-2-1(f)’de gösterilen eşdeğer devrede, RL üzerinden akan akımın yönü pozitif alternanstaki ile
aynıdır. VO gerilimi de Şekil 3-2-1(g)’de gösterilmiştir.
Kondansatör Filtreli Tam-Dalga Doğrultucu
Kondansatör filtreli, merkez bağlantılı tam-dalga doğrultucu Şekil 3-2-2’de gösterilmiştir. Çıkış ve dalgacık gerilimi dalga şekilleri, Deney 2-1’de
ele alınan kondansatör filtreli yarım-dalga doğrultucununkilere benzemektedir. İkisi arasındaki temel farklar: (1) tam-dalga doğrultucunun çıkış
gerilimi, yarım-dalga doğrultucuya göre daha büyüktür, (2) tam-dalga doğrultucunun dalgacık gerilimi, yarım-dalga doğrultucuya göre daha
küçüktür.
Şekil 3-2-2 Kondansatör filtreli tam-dalga doğrultucu devresi
KULLANILACAK ELEMANLAR
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
20
10 KΩ
Direnç
220 Ω
Direnç
1 MΩ
Pot.
1N4007 (*4) Diyot
10µF
Kapasitör
220µF
Kapasitör
Osiloskop
Multimetre
Elektronik Laboratuvarı
DENEYİN YAPILIŞI
A. Kondansatör Filtresiz Tam-Dalga Doğrultucu
1. Şekil 3-2-3’teki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın.
2. AC güç kaynağından, devredeki Vac1 ve Vac2 giriş uçlarına (TP1, GND ve TP2), sırasıyla AC 9V-0V ve 0V-9V uygulayın.
3. Vac1 ve Vac2 gerilimlerini sırasıyla multimetre (AC konumda) ve osiloskop kullanarak (AC bağlantı konumunda) ölçün ve Tablo 3-2-1’e
kaydedin.
4. Multimetre (DC konumda) ve osiloskop (DC bağlantı konumu) kullanarak, OUT (TP3) çıkış terminalini ölçün. Burada, osiloskop DC
bağlantı konumundayken Vdc ve AC bağlantı konumundayken dalgacık gerilimi ölçülmüş olur. Sonuçları Tablo 3-2-1’e kaydedin.
Şekil 3-2-3
B. Kondansatör Filtreli Tam-Dalga Doğrultucu
1. Şekil 3-2-5’teki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR4 potansiyometresini devreye
bağlayın.
2. AC güç kaynağından, devredeki Vac1 ve Vac2 giriş terminallerine (TP1, GND ve TP2), sırasıyla AC 9V-0V ve 0V-9V uygulayın. VR4(1MΩ)’ü
maksimuma ayarlayın.
3. Multimetreyi kullanarak, Vac1 ve Vac2 giriş gerilimlerini (AC konumda) ve OUT ucundan Vdc çıkış gerilimini (DC konumda) ölçün ve Tablo 32-1’e kaydedin.
4. Osiloskobu kullanarak, Vac1 ve Vac2 giriş gerilimlerini ve OUT (TP3) ucundan, Vdc çıkış gerilimi (DC bağlantı konumu) ile Vr dalgacık
gerilimini (AC bağlantı konumu) ölçün ve Tablo 3-2-1’e kaydedin.
5. VR4(1MΩ)’ü minimuma ayarlayın ve 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın.
6. Şekil 3-2-5’teki devre ve Şekil 3-2-7’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Böylece C6 (220µF) filtre kondansatörü
C5 (10µF) ile, R yük direnci R7 (1KΩ) ile değiştirilmiş olur.
7. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın.
Şekil 3-2-5 Merkez-bağlantılı tam-dalga doğrultucu devresi
21
Elektronik Laboratuvarı
Tablo 3-2-1
Vrms / Vpp
Multimetre
Test
noktası
Devre
Osiloskop
IN
OUT
IN
OUT
Vac
Vdc
Vac
Vdc
Vr
Tam-Dalga Doğrultucu
C yok
C6 : 220µF
VR4 : MAX
C6 : 220µF
VR4 : MIN
C5 : 10µF
R : 1K
SONUÇLAR
Tam-dalga doğrultucu devresinde, filtre kondansatörü ve yük direncinin değeri arttıkça çıkış gerilim artmakta dalgacık gerilimi ise azalmaktadır.
22
Elektronik Laboratuvarı
Köprü ve İki Kaynaklı Doğrultucu
Deney 4
23
Elektronik Laboratuvarı
DENEY 4-1 Köprü Doğrultucu
DENEYİN AMACI
1. Köprü doğrultucu devresinin çalışma prensibini anlamak.
2. Köprü doğrultucu devrenin çıkış gerilimini ve dalgacık gerilimini ölçmek.
GENEL BİLGİLER
Dört diyodun kullanıldığı köprü doğrultucu devresi, Şekil 4-1-1(a)’da gösterilmiştir.
VAC giriş geriliminin pozitif alternansında, D1 ve D2 diyotları iletimde, D3 ve D4 diyotları ise kesimde olur. Eşdeğer devre ve V O çıkış gerilimi
Şekil 4-1-1(b)’de gösterilmiştir.
VAC giriş geriliminin negatif alternansında, D1 ve D2 diyotları kesimde, D3 ve D4 diyotları ise iletimde olur. Eşdeğer devre ve VO çıkış gerilimi
Şekil 4-1-1(c)’de gösterilmiştir.
(a) Köprü doğrultucu devresi
(b) Giriş geriliminin pozitif alternansında
(c) Giriş geriliminin negatif alternansında
Şekil 4-1-1 Köprü doğrultucu devresinin çalışması
Şekil 4-1-2, kondansatör filtreli köprü doğrultucu devresini göstermektedir. Çıkış ve dalgacık gerilimleri, Deney 3-2’de ele alınan merkezbağlantılı kondansatör filtreli tam-dalga doğrultucununkilere benzemektedir.
Şekil 4-1-2 Kondansatör filtreli köprü doğrultucu devresi
24
Elektronik Laboratuvarı
KULLANILACAK ELEMANLAR
200Ω
Direnç
1 KΩ
Direnç
1 MΩ
Pot.
10 µF
Kapasitör
100 µF / 25V (*2)
Kapasitör
1N4007 (*4) Diyot
Osiloskop
Multimetre
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
DENEYİN YAPILIŞI
A. Kondansatör Filtresiz Köprü Doğrultucu
1. Şekil 4-1-3’teki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın.
2.
AC güç kaynağından, devredeki VAC girişlerine, bir 9V ucunu TP1’e diğer 9V ucunu TP2’ye bağlayarak, 18VAC gerilim uygulayın.
3. Multimetre kullanarak, Vac giriş gerilimini (AC konumda) ve OUT ucundan Vdc çıkış gerilimini (DC konumda) ölçün ve Tablo 4-1-1’e
kaydedin.
4. Osiloskop kullanarak, Vac giriş gerilimini ve OUT (TP3) terminalinden Vdc çıkış gerilimi (DC bağlantı konumu) ile Vr dalgacık gerilimini (AC
bağlantı konumu) ölçün ve Tablo 4-1-1’e kaydedin.
Şekil 4-1-3 Köprü doğrultucu devresi
B. Kondansatör Filtreli Köprü Doğrultucu
1. Şekil 4-1-5’teki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR4 potansiyometresini devreye
bağlayın.
2. AC güç kaynağından, devredeki VAC girişlerine, bir 9V ucunu TP1’e diğer 9V ucunu TP2’ye bağlayarak, 18VAC gerilim uygulayın.
VR4(1MΩ)’ü maksimuma ayarlayın.
3. Multimetre kullanarak, Vac giriş gerilimini (AC konumda) ve OUT ucundan Vdc çıkış gerilimini (DC konumda) ölçün ve Tablo 4-1-1’e
kaydedin.
4. Osiloskop kullanarak, Vac giriş gerilimini ve OUT (TP3) terminalinden Vdc çıkış gerilimi (DC bağlantı konumu) ile Vr dalgacık gerilimini (AC
bağlantı konumu) ölçün ve Tablo 4-1-1’e kaydedin.
5. VR4(1MΩ)’ü minimuma ayarlayın ve 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın.
6. Şekil 4-1-5’teki devre ve Şekil 4-1-7’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Böylece C7 (100µF) filtre kondansatörü
C5 (10µF) ile, R yük direnci R7 (1KΩ) ile değiştirilmiş olur.
7. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın.
25
Elektronik Laboratuvarı
Şekil 4-1-5 Kondansatör filtreli köprü doğrultucu devresi
Tablo 4-1-1
Vrms / Vpp
Test
noktası
Köprü Doğrultucu
Devre
Multimetre
Osiloskop
IN
OUT
IN
OUT
Vac
Vdc
Vac
Vdc
Vr
C yok
C7 : 100µF
VR4 : MAX
C7 : 100µF
VR4 : MIN
C5 : 10µF
R : 1K
SONUÇLAR
Yarım-dalga ve tam-dalga doğrultuculara benzer şekilde, köprü doğrultucularda da, filtre kondansatörü ve yük direncinin değeri arttıkça çıkış
gerilim artmakta dalgacık gerilimi ise azalmaktadır.
DENEY 4-2 İki Güç Kaynaklı Doğrultucu
DENEYİN AMACI
1. İki güç kaynaklı doğrultucunun çalışma prensibini anlamak.
2. İki güç kaynaklı doğrultucu devresinin giriş ve çıkış gerilimlerini ölçmek.
GENEL BİLGİLER
Bir merkez-bağlantılı transformatör ve dört diyodun kullanıldığı iki güç kaynaklı doğrultucu devresi, Şekil 4-2-1(a)’da gösterilmiştir.
(a)
26
(b)
Elektronik Laboratuvarı
(c)
(d)
Şekil 4-2-1 İki güç kaynaklı doğrultucunun çalışması
Pozitif alternans süresince, VAC1 ve VAC2 giriş gerilimleri Şekil 4-2-1(b)’de gösterilmiştir. D1 ve D2 diyotları iletimde, D3 ve D4 diyotları ise
kesimdedir. Eşdeğer devre ve akım çevrimi Şekil 4-2-1(c)’de gösterilmiştir. C1 ve C2 kapasiteleri, sırasıyla i1 ve i2 akımları tarafından şarj edilir
ve böylece C1 kapasitesinin uçlarında pozitif bir çıkış gerilimi VO1 ve C2 kapasitesinin uçlarında negatif bir çıkış gerilimi VO2 oluşur.
Negatif alternans süresince, D3 ve D4 diyotları iletimde, D1 ve D2 diyotları ise kesimde olur. Eşdeğer devre ve akım çevrimi Şekil 4-2-1(d)’de
gösterilmiştir. C1 ve C2 kapasiteleri, i1 ve i2 akımları ile aynı şarj çevrimine sahip, i3 ve i4 akımları tarafından şarj edilir. Böylece çıkış gerilim
polariteleri pozitif alternanstaki ile aynı olur. Yani, C1 kapasitesinin uçlarında pozitif bir çıkış gerilimi VO1 ve C2 kapasitesinin uçlarında negatif bir
çıkış gerilimi VO2 oluşur.
KULLANILACAK ELEMANLAR
1. 200Ω
Direnç
2. 1 KΩ
Direnç
3. 1 MΩ
Pot.
4. 10 µF
Kapasitör
5. 100 µF / 25V (*2)
Kapasitör
6. 1N4007 (*4)
Diyot
7. Osiloskop
8. Multimetre
DENEYİN YAPILIŞI
1. Şekil 4-2-2’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın.
2. AC güç kaynağından, devredeki Vac1 ve Vac2 giriş terminallerine (TP1, GND ve TP2), sırasıyla AC 9V-0V ve 0V-9V uygulayın.
3. Multimetre kullanarak, Vac1 ve Vac2 giriş gerilimlerini (AC konumda) ve Vdc1=VC7 ve Vdc2=VC8 çıkış gerilimlerini (DC konumda) ölçün ve Tablo
4-2-1’e kaydedin.
4. Osiloskop kullanarak, Vac1 ve Vac2 giriş gerilimlerini ve Vdc1=VC7 ve Vdc2=VC8 çıkış gerilimlerini (DC bağlantı konumunda) ölçün ve Tablo 4-2-1’e
kaydedin.
Şekil 4-2-2 Çift güç kaynaklı doğrultucu devresi
Tablo 4-2-1
Aygıt
Multimetre
Osiloskop
Test
noktası
Vac1
Vac2
Vdc1
Vdc2
Vac1
Devre
27
Elektronik Laboratuvarı
Vac2
Vdc1
Vdc2
V
V
Çift Güç Kaynağı
V
t
Vpp
t
Vpp
V
t
Vdc
t
Vdc
SONUÇLAR
Çift güç kaynaklı doğrultucu, bir tam-dalga doğrultucu uygulamasıdır. Çift güç kaynaklı doğrultucu devresi, yüklere eşit genlikli fakat ters
polariteli iki güç kaynağı sağlar. Işlemsel yükselteçlerde ve OCL yüselteçlerde yaygın olarak kullanılır.
28
Elektronik Laboratuvarı
Kırpma ve Kenetleme Devreleri
Deney 5
29
Elektronik Laboratuvarı
DENEY 5-1 Kırpma Devreleri
DENEYİN AMACI
1. Diyot kırpma devresinin çalışma prensibini anlamak.
2. Öngerilim eklenmesi durumunda, diyot kırpma devresinin dalga şeklinde meydana gelen değişimi anlamak.
GENEL BİLGİLER
Kırpma devresi, giriş sinyalinin bazı kısımlarını kırpar ve çıkış sinyali olarak kırpılmış bu sinyali kullanır. Kırpıcı olarak da adlandırılır.
Şekil 5-1-1’de gösterildiği gibi, diyodun iletim yönünde kutuplanması bir anahtarın kapalı durumuna, kesim yönünde kutuplanamsı ise anahtarın
açık durumuna karşılık gelmektedir.
Şekil 5-1-1 İletim yada kesim durumunda diyot
Seri Diyot Kırpma Devresi
Şekil 5-1-2(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-1-2(b)’de gösterilmiştir. Pozitif alternans süresince (E i>0), diyot kısa-devre
durumundadır ve Şekil 5-1-2(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei’dir. Negatif alternans süresince (Ei<0), diyot açık-devre durumundadır
ve Şekil 5-1-2(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=0’dır. EO’ın dalga şekli Şekil 5-1-2(b)’de gösterilmiştir.
Şekil 5-1-2 Seri diyot kırpma devresi
Şekil 5-1-3(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-1-3(b)’de gösterilmiştir. Pozitif alternans süresince (Ei>0), ters kutuplanmış diyot
açık-devre durumundadır ve Şekil 5-1-3(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=0’dır. Negatif alternans süresince (Ei<0), iletim yönünde
kutuplanmış diyot kısa-devre durumundadır ve Şekil 5-1-3(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO= Ei’dir. EO’ın dalga şekli Şekil 5-1-3(b)’de
gösterilmiştir.
Şekil 5-1-3 Seri diyot kırpma devresi
30
Elektronik Laboratuvarı
Öngerilimli Seri Diyot Kırpma Devresi
Giriş geriliminin istenilen bir seviyede kırpılması isteniyorsa, devreye bir DC gerilim eklenebilir. Eklenen dc gerilimin polaritesi, genliği ve
bağlanma yeri, giriş dalga şeklinin hangi kısımlarının kırpılacağını belirlemektedir.
Şekil 5-1-4 Ters öngerilim eklenmiş seri diyot kırpma devresi
Şekil 5-1-4(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-1-4(b)’de gösterilmiştir. Ei>E iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil
5-1-4(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei’dir. Ei<E iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 5-1-4(d)’de gösterilen eşdeğer
devreye göre EO=E’dir. EO’ın dalga şekli Şekil 5-1-4(b)’de gösterilmiştir.
Şekil 5-1-5 Ters öngerilim eklenmiş seri diyot kırpma devresi
Şekil 5-1-5(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-1-5(b)’de gösterilmiştir. Ei>E iken (E negatif gerilim), diyot iletim yönünde
kutuplanmış olur ve Şekil 5-1-5(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre E O=Ei-E’dir. Ei<E iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 51-5(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=0’dır. EO’ın dalga şekli Şekil 5-1-5(b)’de gösterilmiştir.
31
Elektronik Laboratuvarı
Şekil 5-1-6 İleri öngerilim eklenmiş seri diyot kırpma devresi
Şekil 5-1-6(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-1-6(b)’de gösterilmiştir. (Ei+E)>0 iken (E negatif gerilim), diyot iletim yönünde
kutuplanmış olur ve Şekil 5-1-6(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei’dir. (Ei+E)<0 iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil
5-1-6(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=0’dır. EO’ın dalga şekli Şekil 5-1-6(b)’de gösterilmiştir.
Şekil 5-1-7(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-1-7(b)’de gösterilmiştir. (Ei+E)>0 iken (E pozitif gerilim), diyot iletim yönünde
kutuplanmış olur ve Şekil 5-1-7(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei+E’dir. (Ei+E)<0 iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve
Şekil 5-1-7(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=0’dır. EO’ın dalga şekli Şekil 5-1-7(b)’de gösterilmiştir.
Şekil 5-1-7 İleri öngerilim eklenmiş seri diyot kırpma devresi
Paralel Diyot Kırpma Devresi
Paralel diyot kırpma devresi, seri diyot kırpma devresi ile aynı fonksiyona sahiptir ve pozitif yada negatif alternansı algılama devresi olarak
kullanılabilir.
Şekil 5-1-8 Paralel diyot kırpma devresinin çalışması
32
Elektronik Laboratuvarı
Şekil 5-1-8(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-1-8(b)’de gösterilmiştir. Ei>0 iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 51-8(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=0’dır. Ei<0 iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 5-1-8(d)’de gösterilen eşdeğer
devreye göre EO=Ei’dir (RL>>RS). EO’ın dalga şekli Şekil 5-1-8(b)’de gösterilmiştir.
Şekil 5-1-9 Paralel diyot kırpma devresinin çalışması
Şekil 5-1-9(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-1-9(b)’de gösterilmiştir. Ei>0 iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil
5-1-9(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei’dir (RL>>RS). Ei<0 iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 5-1-9(d)’de gösterilen
eşdeğer devreye göre EO=0’dır. EO’ın dalga şekli Şekil 5-1-9(b)’de gösterilmiştir.
Şekil 5-1-10(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-1-10(b)’de gösterilmiştir. Ei>(Vz+0.6V) iken, Şekil 5-1-10(c)’de gösterilen eşdeğer
devreye göre EO= Vz+0.6V olur.
-(Vz+0.6V)<Ei<(Vz+0.6V) iken, Şekil 5-1-10(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei olur. Ei<(Vz+0.6V) iken, Şekil 5-1-10(e)’de gösterilen
eşdeğer devreye göre EO=-(Vz+0.6V) olur. EO’ın dalga şekli Şekil 5-1-10(b)’de gösterilmiştir.
Şekil 5-1-10 Zener diyot kırpma devresi
33
Elektronik Laboratuvarı
Öngerilimli Paralel Diyot Kırpma Devresi
Şekil 5-1-11(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-1-11(b)’de gösterilmiştir. Ei>E iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil
5-1-11(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei’dir. Ei<E iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 5-1-11(d)’de gösterilen
eşdeğer devreye göre EO=Ei’dir (RL>>RS). EO’ın dalga şekli Şekil 5-1-11(b)’de gösterilmiştir.
(a)
(b)
(c)
(d)
Şekil 5-1-11 Ters öngerilim eklenmiş paralel diyot kırpma devresi
Şekil 5-1-12(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-1-12(b)’de gösterilmiştir. Ei>E iken (E negatif gerilim), diyot kesim yönünde
kutuplanmış olur ve Şekil 5-1-12(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei’dir (RL>>RS). Ei<E iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve
Şekil 5-1-12(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=E’dir. EO dalga şekli Şekil 5-1-12(b)’de gösterilmiştir.
Şekil 5-1-12 Ters öngerilim eklenmiş paralel diyot kırpma devresi
34
Elektronik Laboratuvarı
KULLANILACAK ELEMANLAR
1 MΩ
10 kΩ
1N4148
5,6V Zener
0,1 µF
Osiloskop
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Direnç
Pot.
Diyot
Zener Diyot
Kapasitör
DENEYİN YAPILIŞI
A. Seri Diyot Kırpma Devresi
1. Tablo 5-1-1’daki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın.
2.
Fonksiyon Üretecini kullanarak, TP2 giriş ucuna 1KHz, 10 Vpp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın.
3. Osiloskop kullanarak, TP2’den giriş gerilimini ve OUT’dan çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 5-1-1’ya kaydedin.
4. Tablo 5-1-1)’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın.
5. Fonksiyon Üretecini kullanarak, TP1 giriş ucuna 1KHz, 10 Vpp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın.
6. Osiloskop kullanarak, TP1’den giriş gerilimini ve OUT’dan çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 5-1-1’ye kaydedin.
Tablo 5-1-1
B. Öngerilimli Seri Diyot Kırpma Devresi
1. Tablo 5-1-2’daki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Sabit güç kaynağından devreye -5VDC gerilim bağlayın.
2. Fonksiyon Üretecini kullanarak, TP2 giriş ucuna 1KHz, 10 Vpp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın.
3. Osiloskop kullanarak, TP2’den Vi giriş gerilimini ve OUT’dan VO çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 5-1-2’ye kaydedin.
4. Tablo 5-1-2’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Sabit güç kaynağından devreye +5VDC gerilim bağlayın. 3. ve 4.
adımdaki işlemleri tekrarlayın.
5. Tablo 5-1-2’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Sabit güç kaynağından devreye -5VDC gerilim bağlayın.
6. Fonksiyon Üretecini kullanarak, TP1 giriş ucuna 1KHz, 10 Vpp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın.
7. Osiloskop kullanarak, TP2’den Vi giriş gerilimini ve OUT’dan VO çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 5-1-2’ye kaydedin.
8. Tablo 5-1-2’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Sabit güç kaynağından devreye +5VDC gerilim bağlayın. 7. ve 8.
adımdaki işlemleri tekrarlayın.
35
Elektronik Laboratuvarı
Tablo 5-1-2
C. Paralel Diyot Kırpma Devresi
1. Tablo 5-1-3’daki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın.
2.
Fonksiyon Üretecini kullanarak, TP1 giriş ucuna 1KHz, 10 Vpp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın.
3. Osiloskop kullanarak, TP1’den Vi giriş gerilimini ve OUT’dan VO çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 5-1-3’e kaydedin.
4. Tablo 5-1-3’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın.
5. Tablo 5-1-3’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın.
Tablo 5-1-3
D. Öngerilimli Paralel Diyot Kırpma Devresi
1. Tablo 5-1-4’daki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Sabit güç kaynağından devreye +5VDC gerilim bağlayın.
2. Fonksiyon Üretecini kullanarak, TP1 giriş ucuna 1KHz, 10 Vpp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın.
3. Osiloskop kullanarak, TP1’den Vi giriş gerilimini ve OUT’dan VO çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 5-1-4’e kaydedin.
4. Tablo 5-1-4’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Sabit güç kaynağından devreye -5VDC gerilim bağlayın.
5. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın.
6. Tablo 5-1-4’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Sabit güç kaynağından devreye -5VDC gerilim bağlayın.
36
Elektronik Laboratuvarı
7. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın.
8. Tablo 5-1-4’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Sabit güç kaynağından devreye +5VDC gerilim bağlayın.
9.
3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın.
Tablo 5-1-4
SONUÇLAR
Diyot kırpma devreleri, seri kırpma devresi ve paralel kırpma devresi olarak iki gruba ayrılmasına rağmen, iki devrenin de çalışma prensibi
aynıdır. Diğer bir ifadeyle, her iki devre düzenlemesi de, diyodun iletim ve kesim durumu karakteristiklerini kullanır. Kırpma devrelerinin
çalışması aşağıdaki gibi özetlenebilir:
1. Seri kırpma (öngerilim yok)
Eğer 1) diyot iletimdeyse, VO=Vi.
2) diyot kesimdeyse, Vo=0.
2. Paralel kırpma (öngerilim yok)
Eğer 1) diyot iletimdeyse, VO=0.
2) diyot kesimdeyse, VO=Vi (RL>>RS).
3. Seri kırpma (öngerilimli)
Eğer 1) diyot iletimdeyse, VO=Vi.
2) diyot kesimdeyse, VO=E.
4. Paralel kırpma (öngerilimli)
Eğer 1) diyot iletimdeyse, VO=E.
2) diyot kesimdeyse, VO=Vi (RL>>RS)
DENEY 5-2 Kenetleme Devreleri
DENEYİN AMACI
1. Diyot kenetleme devresinin çalışma prensibini anlamak.
2. Öngerilim eklenmesi durumunda, diyot kenetleme devresinin dalga şeklinde meydana gelen değişimi anlamak.
GENEL BİLGİLER
Kenetleme devresi, kenetleyici olarakta adlandırılır ve çıkış sinyalinin genliğini giriş sinyali ile aynı tutarken, sadece dc seviyesini değiştirir.
Kenetleyici, çıkış dalga şeklinin pozitif yönde (yukarıya doğru) kaymasını sağlıyorsa pozitif kenetleyici olarak adlandırılırken, tersi durumda ise
(aşağıya doğru) negatif kenetleyici olarak adlandırılır.
Kenetleyici devrede, çıkış sinyali ile giriş sinyalinin genliği ve dalga şekli aynı olmakla birlikte, sadece çıkış sinyaline bir dc seviye
eklenmektedir. Bu yüzden bu devre, dc yenileyici olarakta adlandırılmaktadır.
Diyot Kenetleme Devresi
Şekil 5-2-1(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-2-1(b)’de gösterilmiştir. Pozitif alternans süresince, diyot iletimdedir ve C
kondansatörü Em maksimum değeri ile şarj olur. Kondansatörün polaritesi, Şekil 5-2-1(c)’deki eşdeğer devrede gösterilmiştir ve bu durumda
EO=0’dır. Negatif alternans süresince, diyot kesimdedir ve Şekil 5-2-1(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO= - (Em+Ei) olur. EO’ın dalga şekli
Şekil 5-2-1(b)’de gösterilmiştir.
37
Elektronik Laboratuvarı
Şekil 5-2-1 Diyot kenetleme devresinin çalışması (Ei>0)
Şekil 5-2-2(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-2-2(b)’de gösterilmiştir. Negatif alternans süresince, diyot iletimdedir ve C
kondansatörü Em maksimum değeri ile şarj olur. Kondansatörün polaritesi, Şekil 5-2-2(c)’deki eşdeğer devrede gösterilmiştir ve bu durumda
EO=0’dır. Pozitif alternans süresince, diyot kesimdedir ve Şekil 5-2-2(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Em+Ei olur. EO’ın dalga şekli
Şekil 5-2-2(b)’de gösterilmiştir.
(a)
(b)
(c)
(d)
Şekil 5-2-2 Diyot kenetleme devresinin çalışması (Ei<0)
Öngerilimli Diyot Kenetleme Devresi
Şekil 5-2-3(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-2-3(b)’de gösterilmiştir. (Ei+EC)>E iken (EC’nin ilk değeri 0’dır), diyot iletimdedir ve
C kondansatörü Em-E değeri ile şarj olur. Kondansatörün polaritesi, Şekil 5-2-3(c)’deki eşdeğer devrede gösterilmiştir ve bu durumda EO=E’dir.
(Ei+EC)<E iken (EC=Em-E), diyot kesimdedir ve Şekil 5-2-3(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO= EC+Ei olur. EO’ın dalga şekli Şekil 5-23(b)’de gösterilmiştir.
38
Elektronik Laboratuvarı
Şekil 5-2-3 Ters öngerilim eklenmiş diyot kenetleme devresinin çalışması
Şekil 5-2-4(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-2-4(b)’de gösterilmiştir. (Ei+EC)>E iken (EC’nin ilk değeri 0’dır), diyot iletimdedir ve
C kondansatörü Em+E değeri ile şarj olur. Kondansatörün polaritesi, Şekil 5-2-4(c)’deki eşdeğer devrede gösterilmiştir ve bu durumda EO=E’dir
(E negatif gerilim). (Ei+EC)<E iken (Ei , EC ve E negatif), diyot kesimdedir ve Şekil 5-2-4(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO= Ei+EC olur.
EO’ın dalga şekli Şekil 5-2-4(b)’de gösterilmiştir.
Şekil 5-2-4 İleri öngerilim eklenmiş diyot kenetleme devresinin çalışması
Şekil 5-2-5(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-2-5(b)’de gösterilmiştir. (Ei+EC)<E iken (EC’nin ilk değeri 0’dır), diyot iletimdedir ve
C kondansatörü Em+E değeri ile şarj olur. Kondansatörün polaritesi, Şekil 5-2-5(c)’deki eşdeğer devrede gösterilmiştir ve bu durumda EO=E’dir.
(Ei+EC)>E iken, diyot kesimdedir ve Şekil 5-2-5(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO= Ei+EC olur. EO’ın dalga şekli Şekil 5-2-5(b)’de
gösterilmiştir.
Şekil 5-2-6(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-2-6(b)’de gösterilmiştir. (Ei+EC)<E iken (EC’nin ilk değeri 0’dır), diyot iletimdedir ve
C kondansatörü -Em+E değeri ile şarj olur. Kondansatörün polaritesi, Şekil 5-2-6(c)’deki eşdeğer devrede gösterilmiştir ve bu durumda EO=E’dir
(E negatif gerilim). (Ei+EC)>E iken, diyot kesimdedir ve Şekil 5-2-6(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO= Ei+EC olur. EO’ın dalga şekli Şekil
5-2-6(b)’de gösterilmiştir.
Şekil 5-2-5 İleri öngerilim eklenmiş diyot kenetleme devresinin çalışması
39
Elektronik Laboratuvarı
Şekil 5-2-6 Ters öngerilim eklenmiş diyot kenetleme devresinin çalışması
KULLANILACAK ELEMANLAR
1.
2.
3.
4.
5.
6.
1 MΩ
10 kΩ
1N4148
5,6V Zener
0,1 µF
Osiloskop
Direnç
Pot.
Diyot
Zener Diyot
Kapasitör
DENEYİN YAPILIŞI
A. Diyot Kenetleme Devresi
1. Tablo 5-2-’daki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın.
2. Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN giriş ucuna 1KHz, 10 Vpp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın.
3. Osiloskop kullanarak, IN’den Vi giriş gerilimini ve OUT’dan VO çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 5-2-1’e kaydedin.
4. Tablo 5-2-1’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın.
5. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın.
Tablo 5-2-1
40
Elektronik Laboratuvarı
B. Öngerilimli Diyot Kenetleme Devresi
1. Tablo 5-2-2’daki devre yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Ayarlı Güç kaynağından, V+ ve V- girişlerine, +3VDC ve -3VDC gerilimlerini
bağlayın.
2. Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN giriş ucuna 1KHz, 10 Vpp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın.
3. Osiloskop kullanarak, IN’den Vi giriş gerilimini ve OUT’dan VO çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 5-2-2’ye kaydedin.
4. Tablo 5-2-2’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın.
5. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın.
6. Tablo 5-2-2’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın.
7. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın.
8. Tablo 5-2-2’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın.
9.
3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın.
Tablo 5-2-2
SONUÇLAR
Kenetleyici, bir giriş sinyalinin DC seviyesini geri kazanmak için kullanılabilir. Başlangıçta DC bileşen içeren bir AC sinyal, kaskat yükseltme
sonucunda, muhtemelen sadece AC bileşene sahip olacaktır. Başlangıçtaki DC bileşeni geri kazanmak için, kenetleyici devre kullanılmalıdır.
Şüphesiz, saf bir AC sinyale DC bileşen eklenmesi gerekiyorsa, yine kenetleyici devre kullanılabilir.
41
Elektronik Laboratuvarı
Temel Transistör Karakteristikleri ve
Karakteristik Eğrileri
Deney 6
42
Elektronik Laboratuvarı
DENEY 6-1 Temel Transistör Karakteristikleri
DENEYİN AMACI
1. Transistörün temel karakteristiklerini anlamak.
2. NPN ve PNP transistörlerin karakteristiklerini ölçmek.
GENEL BİLGİLER
Transistör, esasen giriş sinyalini direncin büyüklüğüne transfer edebilen bir “taşıyıcı direnç”tir. Bundan dolayı transistör kelimesi, “transfer” ve
“resistor” kelimelerinin birleştirilmesiyle elde edilmiştir. Transistörün C ve E uçlarından akan akım, I B akımına bağlı olarak değişmektedir. Başka
bir ifadeyle IB, C ve E arasındaki direnci kontrol etmektedir.
Transistörün Yapısı
Transistörler PNP ve NPN olmak üzere iki gruba ayrılabilir. NPN ve PNP transistörlerin temel yapısı Şekil 6-1-1’de gösterilmiştir. E (Emetör), B
(Baz) ve C (Kollektör) transistörün üç ucunu ifade etmektedir.
(a) PNP
(b) NPN
Şekil 6-1-1 Transistörün temel yapısı
Transistör Karakteristikleri
Şekil 6-1-2(a)’da gösterildiği gibi, transistörün E-B uçları arasına ileri öngerilim uygulanması durumunda (P pozitif, N negatif kutba bağlı), V BE
eşik gerilim değerine (silisyum için 0.6V, germanyum için 0.2V) ulaşır ve E ile B arasında ileri yönde bir I B akımı akmaya başlar. Şekil 6-12(b)’de gösterildiği gibi, transistörün E-B uçları arasına ters öngerilim uygulanması durumunda ise (P negatif, N pozitif kutba bağlı), B-C
arasında bir akım akmaz (ters sızıntı akımı çok küçüktür ve ihmal edilebilir) ve C ucundan akan I C akımı sıfır olur.
Şekil 6-1-2(a) ve (b), Şekil 6-1-2(c) yada (d)’deki gibi birleştirilirse; B ve C arasındaki ters öngerilime rağmen (Şekil 6-1-2(d)’de gösterildiği gibi,
VCB=VCC-VBE, VCC>>VBE, VCB ters öngerilim), ileri öngerilim VBE sayesinde önemli miktarda IC akımı akacaktır. IC=βIB denklemi (β, akım yükseltme
katsayısıdır), IC ve IB arasındaki ilişkiyi tanımlar. IB’nin IC’ye göre çok küçük olmasının nedeni, transistör bazının çok dar ve çok düşük katkılama
düzeyine sahip olmasıdır. VBE, E’deki elektronları B’ye girmeye zorlar. Ancak elektronların sadece küçük bir kısmı, çok dar olan B bölgesine
ulaşarak deliklerle birleşirken, çoğu elektron B-C jonksiyonuna doğru hareket eder. Böylece C’ye uygulanan daha yüksek gerilim (VCB yada
VCC), önemli düzeyde IC akımı akmasını sağlar. Şekil 6-1-2(c) ve (d)’de gösterildiği gibi, IE=IB+IC’dir. Benzer şekilde, PNP transistöre Şekil 6-13’de gösterildiği gibi bir öngerilim uygulanırsa, bu transistör de NPN transistöre benzer davranış gösterir.
IE, IB ve IC arasındaki bağıntılar:
𝐼𝐸 = 𝐼𝐵 + 𝐼𝐶
𝐼𝐶 = 𝛽𝐼𝐵
Burada β, ortak emetör düzenlemeli transistörün akım yükseltme katsayısıdır, β=I C/IB. β değeri transistör karakteristik bilgi sayfalarından yada
deneysel olarak elde edilebilir. Diğer bir akım yükseltme katsayısı α, ortak baz düzenlemeli transistör için ölçülür ve α=I C/IE=β/(1+β) olarak ifade
edilir.
(a)
43
(b)
Elektronik Laboratuvarı
(c)
(d)
Şekil 6-1-2 NPN transistörün öngerilimlenmesi
(a)
Şekil 6-1-3 PNP transistörün öngerilimlenmesi
(b)
Transistör Sembolleri
Şekil 6-1-4’te gösterilen transistör sembolleri aşağıdaki anlamlara sahiptir:
1. NPN ve PNP transistörleri ayrırdetmek için kullanılan ok işareti, NPN tipi transistörde dışa doğru, PNP transistörde ise içe doğrudur.
2. E ucu bir oka sahipken, C ucu ise sahip değildir.
3. Kullanılan ok, emetör akımının yönünü göstermektedir.
Şekil 6-1-4 NPN ve PNP transistör sembolleri
Temel Transistör Devreleri
NPN ve PNP transistörler için temel öngerilim ve akım yönleri, sırasıyla Şekil 6-1-5(a) ve (b)’de gösterilmiştir.
44
Elektronik Laboratuvarı
(a) NPN
(b) PNP
Şekil 6-1-5 Temel öngerilim devreleri
KULLANILACAK ELEMANLAR
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Multimetre
100 Ω direnç
1 kΩ direnç
47 kΩ direnç
1 kΩ potansiyometre
10 kΩ potansiyometre
BC547B transistör
BC307B transistör
DENEYİN YAPILIŞI
A. PNP Transistörün IE, IB ve IC Akımlarının Ölçülmesi
1. Şekil 6-1-6’dakiyi kurun..
2. IB, IC ve IE akımlarını ölçmek için ampermetreleri bağlayın. Eğer yeterince ampermetre mevcut değilse, o anda akım değeri ölçülmeyen
kollara, ampermetre yerine köprüleme klipsi bağlayın.
3. IC=3mA olacak şekilde VR2(10K)’yi ayarlayın.
4. IB,IC ve IE akımlarını ölçün ve Tablo 6-1-1’e kaydedin. β değerini hesaplayın.
5. IC maks. (IC(sat)) olacak şekilde VR2(10K)’yi ayarlayın ve 5.adımı tekrarlayın.
Şekil 6-1-6 PNP transistörün dc akımlarını ölçme devresi
IC
IB
IE
3 mA
IC(sat)
Tablo 6-1-1
45
Elektronik Laboratuvarı
β= IC / IB
B. NPN Transistörün IE, IB ve IC Akımlarının Ölçülmesi
1. Şekil 6-1-8’deki devreyi kurun..
2. IB, IC ve IE akımlarını ölçmek için ampermetreleri bağlayın. Eğer yeterince ampermetre mevcut değilse, o anda akım değeri ölçülmeyen
kollara, ampermetre yerine köprüleme klipsi bağlayın.
3. IC=3mA olacak şekilde VR2(10K)’yi ayarlayın.
4. IB, IC, IE akımlarını ölçün ve Tablo 6-1-2’ye kaydedin. β değerini hesaplayın.
5. IC maks. (IC(sat)) olacak şekilde VR2(10K)’yi ayarlayın ve 4.adımı tekrarlayın.
Şekil 6-1-8 NPN transistörün dc akımlarını ölçme devresi
IC
IB
IE
β= IC / IB
3 mA
IC(sat)
Tablo 6-1-2
SONUÇLAR
Bu deneyde, NPN ve PNP transistörlerin baz, kollektör ve emetör akımları ölçülmüş ve β değerleri hesaplanmıştır. Böylece I E=IB+IC ve β= IC/IB
denklemleri doğrulanmıştır. Transistör doyum bölgesinde çalışırken, β değeri azalmaktadır.
46
Elektronik Laboratuvarı
DENEY 6-2 Transistör Karakteristik Eğrileri
DENEYİN AMACI
1. Transistörün giriş ve çıkış karakteristik eğrilerini anlamak.
2. Transistörün çıkış karakteristik eğrisini ölçüm yoluyla belirlemek.
GENEL BİLGİLER
Transistör, iki adet V-I karakteristik eğrisine sahiptir:
1. Giriş karakteristik eğrisi, VBE ve IB arasındaki ilişkiyi tanımlamak için kullanılır.
2. Çıkış karakteristik eğrisi, IB, VCE ve IC arasındaki ilişkiyi tanımlamak için kullanılır.
Şekil 6-2-1(a)’dan görüldüğü gibi, VBE gerilimi 0.6V’u aştığı zaman, IB akımında hızlı bir artış olmaktadır.
Şekil 6-2-1(b)’den görüldüğü gibi,
1. IB = 0 µA, IC = 0.
2. IB = 10 µA, IC = 15 mA (VCE = 15 V).
(a) Giriş karakteristiği
(b) Çıkış karakteristiği
Şekil 6-2-1 Transistörün V-I eğrileri
KULLANILACAK ELEMANLAR
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Multimetre
100 Ω direnç
1 kΩ direnç
47 kΩ direnç
1 kΩ potansiyometre
10 kΩ potansiyometre
BC547B transistör
BC307B transistör
DENEYİN YAPILIŞI
1. Şekil 6-2-2’dekiyi kurun.
2. KL-22001 Düzeneğindeki sabit 12VDC güç kaynağını, KL-25002 modülüne bağlayın.
3. IB=0 µA olacak şekilde VR2’yi (10K) ayarlayın.
4. VCE gerilimi sırasıyla 0.1V, 0.3V, 0.5V, 0.7V, 1.0V, 2.0V, 3.0V, 4.0V, 5.0V olacak ve sonuçta V CC’ye yaklaşacak şekilde, VR1’i (1K)
ayarlayın.
5. Her VCE gerilimi için IC değerini ölçün ve Tablo 6-2-1(a)’ya kaydedin.
6. IB akımı, Tablo 6-2-1(b)’den (g)’ye kadar gösterilen değerlere eşit olacak şekilde, VR2’yi ayarlayın ve V CE, IC değerlerini ölçmek için 4. ve 5.
adımları tekrarlayın. Sonuçları Tablo 6-2-1(b)-(g)’ye kaydedin.
7. Tablo 6-2-1’de kaydedilen değerleri kullanarak, çıkış karakteristik eğrisini Şekil 6-2-4’te çizin.
47
Elektronik Laboratuvarı
Şekil 6-2-2 VCE-IC karakteristiğini ölçme devresi
(a) IB=0 µA
VCE (V)
IC (mA)
0.1
0.2
0.3
0.5
0.7
1.0
3
5
VCE (V)
IC (mA)
0.1
0.2
0.3
0.5
0.7
1.0
3
5
VCE (V)
IC (mA)
0.1
0.2
0.3
0.5
0.7
1.0
3
5
VCE (V)
IC (mA)
0.1
0.2
0.3
0.5
0.7
1.0
3
5
VCE (V)
IC (mA)
0.1
0.2
0.3
0.5
0.7
1.0
3
5
VCE (V)
IC (mA)
0.1
0.2
0.3
0.5
0.7
1.0
3
5
VCE (V)
IC (mA)
0.1
0.2
0.3
0.5
0.7
1.0
3
5
(b) IB=10 µA
(c) IB=20 µA
(d) IB=30 µA
(b) IB=40 µA
(c) IB=50 µA
(d) IB=60 µA
Tablo 6-2-1
Şekil 6-2-4 Çizilen VCE-IC eğrisi
SONUÇLAR
Bu deneyde, transistörün çıkış karakteristik eğrileri ölçülmüş ve çizilmiştir. Burda kullanılan yöntem, oldukça külfetli bir işlem gerektirmektedir.
Transistörün V-I eğrisini çizmek için daha uygun bir yol, eğri izleyici kullanarak, çıkış karakteristik eğrisini osiloskopta görüntülemektir.
48
Elektronik Laboratuvarı
Ortak Emetörlü ve Ortak Bazlı
Yükselteç
Deney 7
49
Elektronik Laboratuvarı
DENEY 7-1 Ortak Emetörlü Yükselteç
DENEYİN AMACI
1. Ortak emetörlü yükseltecin konfigürasyon ve çalışma prensibini anlamak.
2. Ortak emetörlü yükseltecin karakteristiklerini ölçmek.
GENEL BİLGİLER
Şekil 7-1-1(a)’da gösterilen temel ortak-emetörlü (CE) yükselteç devresinde, giriş ve çıkış sinyalleri ortak emetörü paylaşmaktadır. Başka bir
ifadeyle emetör, genellikle toprak (GND) olarak adlandırılan, ortak nokta olarak kullanılır. Aslında burada emetör, devrede ortak bir uç olarak
kullanılmaktadır ve bu durum elektrik devrelerindeki toprak kavramından farklıdır. Gerçek devrede, V BB ve VCC’nin birarada kullanılması
ekonomik ve kullanışlı değildir. Bu yüzden genellikle IB ve IC için tek bir VCC güç kaynağı kullanılır. Tipik bir devre Şekil 7-1-1(b)’de gösterilmiştir.
(a) İki güç kaynağı
(b) Tek güç kaynağı
Şekil 7-1-1 Ortak emetörlü yükselteç
Ortak emetörlü yükselteç için öngerilim düzenlemeleri:
1. Sabit öngerilim devresi
2. β'dan bağımsız dc öngerilim devresi (kendinden öngerilimli).
Devrenin kararlılığını arttırmak için, yukarıdaki öngerilim devreleri yerine emetör dirençli sabit öngerilim devresi ve kollektör geribeslemeli
öngerilim devresi kullanılır. Sık kullanılan öngerilim düzenlemeleri için temel prensipler aşağıda ifade edilmiştir:
Sabit Öngerilim Devresi
1. DC yük doğrusunun bulunması (DC öngerilim)
Şekil 7-1-1(b)’deki devre ele alınırsa, VCC=10V, RC=1kΩ, RB=100kΩ ve β=50 değerleri için;
𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸 10𝑉 − 0.6𝑉
9.4
𝐼𝐵 =
=
=
≅ 100𝜇𝐴
𝑅𝐵
100𝐾
100𝐾
𝐼𝐶 = 𝛽𝐼𝐵 = 50 × 100𝜇𝐴 = 5𝑚𝐴
𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶 𝑅𝐶 = 10𝑉 − 5𝑚𝐴 × 1𝐾 = 5𝑉
Bu denklemler, Şekil 7-1-2’de gösterildiği gibi, çıkış karakteristik eğrisinde ifade edilebilir. A ve B noktalarını bağlayan doğru, dc yük
doğrusu olarak adlandırılır.
Şekil 7-1-2 DC yük doğrusu
Transistör doyumdayken, IC(sat)=VCC/RC=10mA ve VCE=0 olur (A noktası). Transistör kesimdeyken, I C=0 ve VCE=10V=VCC olur (B noktası). Bu
devrenin Q çalışma noktası, IC=5mA, VCE=5V noktasıdır. Transistör bu şekilde aktif bölgede çalışmaktadır.
50
Elektronik Laboratuvarı
2. AC giriş sinyali ile çalışma
a. DC yük doğrusundan, VO’ın (VCE) maksimum değerinin VCC ve minimum değerinin 0V olduğu görülmektedir. Diğer bir ifadeyle, VO’ın
değişimi ΔVO, giriş sinyalindeki değişimden bağımsız olarak, 0V ile VCC arasındadır.
b. Şekil 7-1-1(b)’de gösterildiği gibi, RC=1K, RB=100K, β=50, IB=±50µA değerleri için, baz ucuna bir ac akım uygulanmaktadır. Şekil 7-12’de gösterildiği gibi, dc yük doğrusu çizildikten sonra, Q noktasının I B akım değeri 100 µA olarak bulunmaktadır. Böylece giriş akımının
değişim aralığı 50 µA ile 100 µA arasında olmaktadır.
IB=50µA için, IC=β×IB=50×50µA=2,5mA ve VCE=VCC-IC×RC=10V-2.5mA×1K=7.5V.
IB=150µA için, IC=β×IB=50×150µA=7,5mA ve VCE=VCC-IC×RC=10V-7.5mA×1K=2.5V.
3. DC öngerilimin yükselteç devresine etkisi (Q noktasının yükseltmeye etkisi)
Transistör devresinin dc öngerilim devresi, transistörün yükseltme sınıfına (A, B, AB ve C) göre tasarlanır. Her yükseltme sınıfı için Q
çalışma noktası konumları Şekil 7-1-3’te gösterilmiştir.
(a) Giriş karakteristik eğrisi
(b) Çıkış karakteristik eğrisi
Şekil 7-1-3
A Sınıfı : Çalışma noktası, karakteristik eğrinin doğrusal kısmının ortasındadır.
B Sınıfı : Çalışma noktası, VBE=0 olduğu kesim noktasındadır.
C Sınıfı : Çalışma noktası, kesim noktasının aşağısında, V BE’nin negatif olduğu
bölgededir.
AB Sınıfı : Çalışma noktası, A ve B Sınıfı çalışma noktaları arasında yer alır.
Çalışma noktasının konumu, maksimum çıkış gerilimini belirler. Çalışma noktası, Şekil 7-1-4’te gösterildiği gibi, IB giriş sinyalinin büyüklüğüne
uygun olarak belirlenir. Şekil 7-1-4’e göre;
a) Daha büyük giriş sinyaline sahip devreler için çalışma noktası, Şekil 7-1-4(a)’da gösterildiği gibi, yük doğrusunun orta noktasında
(VCE=VCC/2) olacak şekilde tasarlanır.
b) Daha küçük giriş sinyaline sahip devreler için çalışma noktası, orta noktanın yukarısında (Şekil 7-1-4(b)) yada aşağısında (Şekil 7-1-4(c))
olacak şekilde tasarlanabilir.
c) Çalışma noktası yük doğrusunun ortasında olacak şekilde tasarlanmazsa, büyük giriş sinyali durumunda, Şekil 7-1-5(a) ve (b)’de
gösterildiği gibi, çıkış dalga şeklinde bozulma ortaya çıkar ve işaretin tepe noktaları kırpılır.
d) Çalışma noktası yük doğrusunun ortasında olacak şekilde tasarlansa bile, giriş sinyalinin çok büyük olması durumunda, Şekil 7-1-6’da
gösterildiği gibi, hem pozitif hem de negatif tepelerde kırpılma ortaya çıkar. Bu bozulmayı ortadan kaldırmanın tek yolu, Şekil 7-1-6’da
gösterildiği gibi VCC’yi artırmaktır.
(a) Mümkün olan en büyük VO
51
Elektronik Laboratuvarı
(b)
(c)
Şekil 7-1-4 Çalışma noktası, maksimum çıkış gerilimini belirler.
(a) Kesimin neden olduğu bozulma
(b) Doyumun neden olduğu bozulma
Şekil 7-1-5 Uygun olmayan çalışma noktasının neden olduğu bozulma
Şekil 7-1-6 Aşırı giriş geriliminin neden olduğu bozulma
4. Sabit öngerilim devresinin dezavantajları
Sabit öngerilim devresinin (VCE, IC) çalışma noktası, β değerine bağlıdır (IC=β×IB, VCE=VCC-IC×RC). Farklı transistör kullanılması durumunda β
değeri değişir (Aynı üretici tarafından üretilen, aynı kod numarasına sahip transistörlerin bile β değeri farklı olabilir). Bu durumda çalışma
noktasının konumu da değişir ve devrenin çalışma durumu başlangıç tasarımıyla uyumlu olmaz. Ayrıca, çıkış dalga şekli bozulur ve sükunet
akımının artması transistörün yanmasına sebep olabilir.
β Değerinden Bağımsız Öngerilim Devresi
Bu devrenin tasarımının tamamlanmasıyla, çalışma noktası sabitlenmiş demektir ve β değerinin değişmesi bu çalışma noktasının kaymasına
neden olmaz. Bu devre, otomatik olarak çalışma noktasına kilitlenen karakteristiklere sahip olduğu için, “kendinden öngerilimli devre” olarak
adlandırılır.
Örnek: Şekil 7-1-7’de gösterilen devre için IC ve VCE’yi bulalım.
Şekil 7-1-7 Kendinden öngerilimli ortak emetörlü yükselteç devresi
52
Elektronik Laboratuvarı
Çözüm:
Şekil 7-1-7’deki devrenin eşdeğeri Şekil 7-1-8’de gösterilmiştir.
Şekil 7-1-8 Şekil 7-1-7’nin eşdeğer devresi
Thevenin teoreminden yararlanarak
𝑅𝐵2
10𝐾
𝑉𝐵𝐵 = 𝑉𝐶𝐶 ×
= 12𝑉 ×
= 2.1𝑉
𝑅𝐵1 + 𝑅𝐵2
47𝐾 + 10𝐾
𝑅𝐵𝐵 = 𝑅𝐵1 //𝑅𝐵2 =
𝑅𝐵1 × 𝑅𝐵2 47𝐾 × 10𝐾
=
= 8.2𝐾
𝑅𝐵1 + 𝑅𝐵2 47𝐾 + 10𝐾
Şekil 7-1-8’den,
𝑉𝐵𝐵 = 𝐼𝐵 × 𝑅𝐵𝐵 + 𝑉𝐵𝐸 + 𝐼𝐸 × 𝑅𝐸
= 𝐼𝐵 × 𝑅𝐵𝐵 + 𝑉𝐵𝐸 + 𝐼𝐵 (1 + 𝛽) × 𝑅𝐸
= 𝐼𝐵 (𝑅𝐵𝐵 + (1 + 𝛽)𝑅𝐸 ) + 𝑉𝐵𝐸
∴ 𝐼𝐵 =
𝑉𝐵𝐵 − 𝑉𝐵𝐸
21 − 0.6
=
= 0.0138𝑚𝐴
𝑅𝐵𝐵 + (1 + 𝛽)𝑅𝐸 8.2𝐾 + (1 + 100)1𝐾
𝑄{
𝐼𝐶 = 𝛽 × 𝐼𝐵 ,
𝐼𝐶 = 100 × 0.013𝑚𝐴 = 1,38𝑚𝐴
𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶 (𝑅𝐶 + 𝑅𝐸 ) = 12𝑉 − 1,38𝑚𝐴(4.7𝐾 + 1𝐾) = 12𝑉 − 7.9𝑉 = 4.1𝑉
Kullanılan yaklaşıklık değerlendirilirse;
𝑉𝐸 𝑉𝐵𝐵 − 0.6𝑉 2.1𝑉 − 0.6𝑉
𝐼𝐸 =
=
=
= 1.5𝑚𝐴
𝑅𝐸
1𝐾
1𝐾
𝐼𝐶 ≈ 𝐼𝐸 = 1.5𝑚𝐴
𝑉𝐶𝐸 = 12𝑉 − 1.5𝑚𝐴(4.7𝐾 + 1𝐾) = 3.45𝑉
β değeri gözönüne alınmadığında, IC=1.5mA yaklaşımı kullanılabilir. β değeri gözönüne alındığında ise I C=1.38mA olmaktadır (βRe büyüdükçe
yukarıdaki iki çözüm birbirine daha fazla yaklaşır). Bu nedenle bu devre, β değerinden bağımsız öngerilim devresi olarak adlandırılır. Farklı
transistör kullanılması durumunda devrenin çalışma noktası değişmeyecektir.
Kollektör Geribeslemeli Öngerilim Devresi
Kollektör geri-beslemeli öngerilim devresi Şekil 7-1-9’da gösterilmiştir.
Aşağıda bu devre analiz edilmiştir.
Kirchhoff’un gerilim yasasından yaralanılarak;
∴ 𝑉𝐶𝐶 = (𝐼𝐶 + 𝐼𝐵 ) × 𝑅𝐶 + 𝐼𝐵 × 𝑅𝐵 + 𝑉𝐵𝐸
𝑉𝐶𝐶 = (𝛽 + 1)𝐼𝐵 × 𝑅𝐶 + 𝐼𝐵 × 𝑅𝐵 + 𝑉𝐵𝐸
𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸
∴ 𝐼𝐵 =
(1 + 𝛽)𝑅𝐶 + 𝑅𝐵
𝐸ğ𝑒𝑟 𝛽 ≫ 1 𝑣𝑒 𝑉𝐶𝐶 ≫ 𝑉𝐵𝐸 𝑖𝑠𝑒
𝑉𝐶𝐶
𝐼𝐵 =
𝛽𝑅𝐶 + 𝑅𝐵
𝐼𝐶 = 𝛽𝐼𝐵
𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − (𝐼𝐶 + 𝐼𝐵 )𝑅𝐶 ≅ 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶 × 𝑅𝐶
53
Elektronik Laboratuvarı
Şekil 7-1-10 Kollektör geribeslemeli öngerilim devresi
Örnek: Şekil 7-1-9’da gösterildiği gibi, VCC=12V, RC=10K, RB=500K, β=50 için IC ve VCE’yi bulun.
Çözüm:
12𝑉
12𝑉
=
= 12µ𝐴
50 × 10𝐾 + 500𝐾 1𝑀
𝐼𝐶 = 𝛽 × 𝐼𝐵 = 12𝜇𝐴 × 50 = 0.6𝑚𝐴
𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶 × 𝑅𝐶 = 12𝑉 − 0.6𝑚𝐴 × 10𝐾 = 12𝑉 − 6𝑉 = 6𝑉
𝐼𝐵 =
β=100 için,
12𝑉
12𝑉
12𝑉
=
=
= 8𝜇𝐴
𝛽𝑅𝐶 + 𝑅𝐵 100 × 10𝐾 + 500𝐾 1.5𝑀
𝐼𝐶 = 𝛽 × 𝐼𝐵 = 100 × 8𝜇𝐴 = 0.8𝑚𝐴
𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶 × 𝑅𝐶 = 12𝑉 − 0.8𝑚𝐴 × 10𝐾 = 4𝑉
𝐼𝐵 =
β=50 için; IC=0.6mA, VCE=6V
β=100 için; IC=0.8mA, VCE=4V
Açıkça görüldüğü gibi, farklı β değerleri için çalışma noktalarını konumu farklı olmaktadır. Kollektör geribeslemeli devre, sabit öngerilimli
devreye nazaran çok daha kararlıdır. β=50 için IB=12µA iken, β=100 olduğunda IB 8µA’e düşmektedir. Bu devre kendiliğinden ayarlanma özelliği
gösterdiği için, β değerinin değişmesi IC akımını önemli ölçüde değiştirmeyecektir.
Ortak Emetörlü Yükseltecin AC Analizi
Devre Şekil 7-1-10(a)’da, eşdeğeri ise Şekil 7-1-10(b)’de gösterilmiştir. Ai, AV, Zi ve Zo’ı hesaplayın.
(a) Ortak emetörlü yükselteç devresi
54
Elektronik Laboratuvarı
(b) AC eşdeğer devre
Şekil 7-1-10 Ortak emetörlü yükseltecin AC analizi
Çözüm:
𝐴𝑖 = 𝐼𝑜 /𝐼𝑖
Şekil 7-1-10(b)’den,
𝐼2 = 100𝐼𝑏 𝑣𝑒 ℎ𝑓𝑒 = 𝐼𝑐 ⁄𝐼𝑏
2𝐾
𝐼𝑏 = 𝐼𝑖 ×
= 0.571𝐼𝑖
2𝐾 + 15𝐾
3𝐾
𝐼𝑜 = 𝐼2 ×
= 0.6671𝐼2
3𝐾 + 1.5𝐾
𝐴𝑖 = 𝐼𝑜 ⁄𝐼𝑖
𝐼𝑜 𝐼2 𝐼𝑜 𝐼2 𝐼𝑏
= × = × × = 0.667 × 100 × 0.571
𝐼2 𝐼1 𝐼2 𝐼𝑏 𝐼𝑖
= 38.1
𝑉𝑜 −ℎ𝑓𝑒 𝑅𝐿
=
(𝑅𝐿′ = 3𝐾//1.5𝐾 ≅ 1𝐾)
𝑉𝑖
ℎ𝑖𝑒
3)
−100(1 × 10
=
= −66.7
1.5 × 103
𝐴𝑣 =
𝑍𝑖 ≅ 𝑅𝐵2 //ℎ𝑖𝑒 = 2𝐾//1.5𝐾 = 0.86𝐾
𝑍𝑜 ≅ 𝑅𝐶 = 3𝐾
KULLANILACAK ELEMANLAR
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
Osiloskop
Multimetre
100 Ω
220 Ω
1 kΩ
2,2 kΩ
3,3 kΩ
4,7 kΩ
22 kΩ
47 kΩ
100 kΩ
1 kΩ
10 kΩ
1 MΩ
10 µF
22 µF
100 µF
KN3904
direnç
direnç
direnç
(2 adet)
direnç
direnç
direnç
direnç
direnç
direnç
potansiyometre
potansiyometre
potansiyometre
kapasitör
kapasitör (2 adet)
kapasitör
transistör
DENEYİN YAPILIŞI
A. Sabit Öngerilim Devresi
1. Şekil 7-1-11’deki devreyi kurun.
2. IB ve IC akımlarını ölçmek için ampermetreleri bağlayın.
3. IB ≈ 0A olacak şekilde VR4 (1M)’ü ayarlayın ve IC akımını ölçün.
4. IC maks. (ICsat) olacak şekilde VR4 (1M)’ü ayarlayın ve ve IB akımını ölçün.
55
Elektronik Laboratuvarı
5. IC doyumdayken, IB’yi arttıracak şekilde VR4’ü ayarlayın ve IC(sat) akımındaki değişimi gözleyin.
6. VR4’ü, VCE=VCC/2=6V olacak şekilde ayarlayın. IB, IC, VBE ve VCE değerlerini ölçün ve Tablo 7-1-1’e kaydedin. β=IC/IB denklemi ile β’yı
hesaplayın.
7. KL-22001 Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN ucuna 1KHz’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. OUT çıkış ucuna
osiloskop (AC bağlantıda) bağlayın.
8. Osiloskop ekranında görüntülenen çıkış dalga şekli bozulmayacak şekilde, sinüzoidal sinyalin genliğini arttırın.
9.
Osiloskop kullanarak, Vi giriş sinyalini ve Vo çıkış sinyalini ölçün ve Tablo 7-1-2’ye kaydedin. Giriş ve çıkış sinyalleri arasındaki faz farkını
gözleyin. Gerilim kazancını hesaplayın AV=Vop-p/Vip-p=______________.
10. Giriş sinyalini değiştirmeden VR4 (1MΩ) potansiyometresini ayarlayın ve çıkış dalga şeklinde bozulma olup olmadığını gözleyin.
IB
IC
β
VBE
VCE
Tablo 7-1-1
V
IN
(Vi)
t
V
OUT
(Vo)
t
AV
Faz
AV
Tablo 7-1-2
Şekil 7-1-11 Sabit öngerilimli ortak emetörlü yükselteç
56
Elektronik Laboratuvarı
B. Emetör Dirençli Öngerilim Devresi
1. Şekil 7-1-13’teki devre ve Şekil 7-1-14’teki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR1 ve
VR4 potansiyometrelerini devreye bağlayın. KL-22001 Düzeneğindeki sabit 12VDC güç kaynağını, KL-25003 modülüne bağlayın.
2. IB ve IC akımlarını ölçmek için ampermetreleri bağlayın.
3. VR1(1KΩ) potansiyometresini 0Ω’a ayarlayın.
4. IB ≈ 0A olacak şekilde VR4(1MΩ)’ü ayarlayın. IC akımını ölçün ve Tablo 7-1-3’e kaydedin.
5. IC maks. (ICsat) olacak şekilde VR4(1MΩ)’ü ayarlayın. IB akımını ölçün ve Tablo 7-1-3’e kaydedin.
6. IC doyumdayken, IB’yi arttıracak şekilde VR4’ü ayarlayın ve IC(sat) akımının artıp artmadığını gözleyin.
7. VR4’ü, VC=VCC/2=6V olacak şekilde ayarlayın. VBE ve VCE değerlerini ölçün ve Tablo 7-1-3’e kaydedin.
8. VR1(1KΩ)’i maksimuma ayarlayın. KL-22001 Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN ucuna 1KHz’lik bir sinüzoidal
işaret uygulayın. OUT çıkış ucuna osiloskop (AC bağlantıda) bağlayın.
9. Osiloskop ekranında görüntülenen çıkış dalga şekli bozulmayacak şekilde, sinüzoidal sinyalin genliğini arttırın.
10. Osiloskop kullanarak, Vi giriş sinyalini ve Vo çıkış sinyalini ölçün ve Tablo 7-1-3’e kaydedin.
11. Giriş sinyalini değiştirmeden VR4(1MΩ) potansiyometresini ayarlayın ve çıkış dalga şeklinde bozulma olup olmadığını gözleyin.
Şekil 7-1-13 Emetör dirençli öngerilimli ortak emetörlü yükselteç
V
IB=0 iken,
IC=_________
IC=IC(sat) iken, IB=_________
VC=VCC/2 iken
VCE=__________
VBE=__________
57
Vi
Elektronik Laboratuvarı
t
V
t
Vo
Tablo 7-1-3
C. β Değerinden Bağımsız Öngerilim Devresi
1. Şekil 7-1-15’teki devreyi kurun.
2. IB ve IC akımlarını ölçmek için ampermetreleri bağlayın.
3. VR2(10K)’yi, VC=VCC/2=6V olacak şekilde ayarlayın. IB, IC, VBE ve VCE değerlerini ölçün ve Tablo 7-1-4’e kaydedin.
4. KL-22001 Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN ucuna 1KHz’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. OUT çıkış ucuna
osiloskop (AC bağlantıda) bağlayın.
5. Osiloskop ekranında görüntülenen çıkış dalga şekli bozulmayacak şekilde, sinüzoidal sinyalin genliğini arttırın.
6. Osiloskop kullanarak, Vi giriş sinyalini ve Vo çıkış sinyalini ölçün ve Tablo 7-1-4’e kaydedin. AV=Vop-p/Vip-p denklemi ile gerilim kazancını
hesaplayın.
7. Giriş sinyalini değiştirmeden VR2(10K) potansiyometresini ayarlayın ve çıkış dalga şeklinde bozulma olup olmadığını gözleyin.
8. C2 (22µF) kondansatörünü devreden çıkarın ve 3-6. adımdaki işlemleri tekrarlayın.
C2
VC
IB
IC
VCE
VBE
IN
OUT
V
V
22µF
t
bağlı değil
V
58
Elektronik Laboratuvarı
t
V
t
Tablo 7-1-4
AV
t
Şekil 7-1-15 Ortak emetörlü yükselteç
D. Kollektör Geribeslemeli Öngerilim Devresi
1. Şekil 7-1-17’deki devreyi kurun.
2. VR4(1MΩ)’ü, VC=VCC/2=6V olacak şekilde ayarlayın.
3. VBE gerilimini ölçmek için voltmetre bağlayın.
4. KL-22001 Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN ucuna 1KHz’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. OUT çıkış ucuna
osiloskop (AC bağlantıda) bağlayın.
5. Osiloskop ekranında görüntülenen çıkış dalga şekli bozulmayacak şekilde, sinüzoidal sinyalin genliğini arttırın.
6. Osiloskop kullanarak, Vi giriş sinyalini ve Vo çıkış sinyalini ölçün ve Tablo 7-1-5’e kaydedin.
7. Giriş sinyalini değiştirmeden VR4(1MΩ) potansiyometresini ayarlayın ve çıkış dalga şeklinde bozulma olup olmadığını gözleyin.
Şekil 7-1-17 Kollektör geribeslemeli öngerilime sahip ortak emetörlü yükselteç
59
Elektronik Laboratuvarı
V
Vi
V
t
t
Vo
Tablo 7-1-5
SONUÇLAR
Ortak emetörlü yükselteç şu özelliklere sahiptir:
1. Orta büyüklükte giriş ve çıkış empadansı
2. Yüksek akım,gerilim ve güç kazancı
3. Giriş sinyali ile 180o faz farkına sahip çıkış sinyali
4. En sık kullanılan yükselteç türü
60
Elektronik Laboratuvarı
Ortak Kollektörlü Yükselteç ve
Anahtarlama Devresi
Deney 8
61
Elektronik Laboratuvarı
DENEY 8-1 Ortak Kollektörlü Yükselteç
DENEYİN AMACI
1. Ortak kollektörlü (CC) yükseltecin çalışma prensibini anlamak.
2. Ortak kollektörlü yükseltecin karakteristiklerini ölçmek.
GENEL BİLGİLER
Ortak kollektörlü (CC) yükselteç devresi Şekil 8-1-1’de gösterilmiştir. AC analizde VCC kısa devre olarak düşünülebileceği için (süperpozisyon
teoreminden), kollektör Vi ve Vo gerilimleri için ortak uçtur. Diğer bir ifadeyle, kollektör toprak ucudur. Emetördeki çıkış gerilimi giriş gerilimini
izlediği için, bu devre emetör-izleyici devre olarak adlandırılır.
Şekil 8-1-1 Ortak kollektörlü yükselteç devresi
Ortak Kollektörlü Yükselteç için Öngerilim Düzenlemesi
1. Emetör geribeslemeli öngerilim devresi
Şekil 8-1-2 Emetör geribeslemeli öngerilim devresi
Emetör geribeslemeli öngerilim devresi Şekil 8-1-2’de gösterilmiştir. RE emetör direnci, aşağıda analiz edildiği gibi, devrenin kararlığını
arttırmaktadır.
∵ 𝑉𝐶𝐶 = 𝐼𝐵 𝑅𝐵 + 𝑉𝐵𝐸 + 𝐼𝐸 𝑅𝐸
= 𝐼𝐵 𝑅𝐵 + 𝑉𝐵𝐸 + (1 + 𝛽)𝐼𝐵 𝑅𝐸
∴ 𝐼𝐵 =
𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸
𝑉𝐶𝐶
≅
𝑅𝐵 + (1 + 𝛽)𝑅𝐸 𝑅𝐵 + 𝛽𝑅𝐸
𝐼𝐸 = 𝐼𝐵 + 𝐼𝐶 = (1 + 𝛽)𝐼𝐵 ≅ 𝛽𝐼𝐵
𝑉𝐸 = 𝐼𝐸 𝑅𝐸 = (1 + 𝛽)𝐼𝐵 𝑅𝐸 ≅ 𝛽𝐼𝐵 𝑅𝐸
2. Sabit öngerilim devresi
Şekil 8-1-2’de gösterildiği gibi, sabit öngerilim devresi, β değerinden bağımsız bir öngerilim devresidir.
𝑅2
𝑉𝐵 = 𝑉𝐶𝐶 ×
𝑅1 + 𝑅2
𝑉𝐸 = 𝑉𝐵 − 𝑉𝐵𝐸
𝐼𝐸 = 𝑉𝐸 ⁄𝑅𝐸
Son analizde β’nın hiç olmaması, bu öngerilim düzenlemesinin oldukça kararlı olduğunu göstermektedir.
Ortak Kollektörlü Yükseltecin AC Analizi
Şekil 8-1-3(a)’da gösterilen devrenin AC eşdeğeri, Şekil 8-1-3(b)’de gösterilmiştir. Şekil 8-1-3(b)’deki Rac, RE//RL’ye eşittir.
1.
𝑉𝑖 = 𝐼𝑏 × 𝑅𝑖 + (𝐼𝑏 + ℎ𝑓𝑒 𝐼𝑏 ) × 𝑅𝑎𝑐
𝐼𝑏 × 𝑅𝑖 + (1 + ℎ𝑓𝑒 )𝐼𝑏 × 𝑅𝑎𝑐
𝐼𝑏 × [𝑅𝑖 + (1 + ℎ𝑓𝑒 )𝑅𝑎𝑐 ]
′
′
𝑅𝑖𝑛
= 𝑉𝑖 ⁄𝐼𝑏 → 𝑅𝑖𝑛
= 𝑅𝑖 + (1 + ℎ𝑓𝑒 )𝑅𝑎𝑐
Giriş empedansı;
′
𝑅𝑖𝑛 = 𝑅𝐵 //𝑅𝑖𝑛
≅ 𝑅𝐵 //ℎ𝑓𝑒 . 𝑅𝑎𝑐 ≫ 𝑅𝑖
62
Elektronik Laboratuvarı
2. 𝑉𝑜 = (𝐼𝑏 + ℎ𝑓𝑒 𝐼𝑏 ) × 𝑅𝑎𝑐 = (1 + ℎ𝑓𝑒 )𝐼𝑏 × 𝑅𝑎𝑐
3.
𝐴𝑉 = 𝑉𝑜 ⁄𝑉𝑖 ,
𝑅𝑖 + 𝑅𝑠
1 + ℎ𝑓𝑒
(1 + ℎ𝑓𝑒 )𝐼𝑏 𝑅𝑎𝑐
𝑍𝑜 = 𝑅𝑎𝑐 //
=
=
𝐼𝑏 [𝑅𝑖 + (1 + ℎ𝑓𝑒 )𝑅𝑎𝑐 ]
(1 + ℎ𝑓𝑒 )𝑅𝑎𝑐
𝑅𝑖 + (1 + ℎ𝑓𝑒 )𝑅𝑎𝑐
Ri<<(1+hfe)Rac olduğu için, AV≈1 olur, ancak 1’den küçüktür.
4. 𝐴𝑖 = (𝐼𝑏 + ℎ𝑓𝑒 𝐼𝑏 )⁄𝐼𝑏 = 1 + ℎ𝑓𝑒
Yukarıdaki analizden, ortak kollektörlü yükseltecin aşağıdaki özelliklere sahip olduğu anlaşılmaktadır:
a) Zi çok büyüktür.
b) Av≈1
c) Ortak kollaktörlü yükseltecin Ai’si, ortak emetörlü yükseltece göre biraz daha büyüktür ve 1+hfe’ye eşittir.
d) Zo çok küçüktür.
e) Vo, Vi’nin aynısıdır.
Ortak kollektörlü yükselteç, gerilim yükseltme için uygun değildir ve öncelikli olarak empedans uydurma amacıyla kullanılır. Nadiren, akım
yükseltme uygulamalarında da kullanılır.
(a) Devre
(b) AC eşdeğer devre
Şekil 8-1-3 Ortak kollektörlü yükseltecin AC analizi
KULLANILACAK ELEMANLAR
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Osiloskop
Multimetre
2,2 kΩ
direnç
10 kΩ
direnç
22 kΩ
direnç
47 kΩ
direnç
10 kΩ
potansiyometre
10 µF
kapasitör
KN3904
transistör (Q3)
KN3906
transistör (Q4)
1N4007
diyot
RAYEX ELEC. LEG-12 1204
Switch (Buton şeklinde)
Röle
DENEYİN YAPILIŞI
1. Şekil 8-1-4’teki devreyi kuru.
2. VB’yi değiştirmek için VR2(10KΩ)’yi ayarlayın, Tablo 8-1-1’deki VE ve VB değerlerini ölçün ve kaydedin.
3. Şekil 8-1-6’daki devreyi kurun.
4. VE=VCC/2=6V olacak şekilde VR2(10KΩ)’yi ayarlayın.
5. KL-22001 Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN ucuna 1KHz’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. Emetör ucuna
osiloskop (AC bağlantıda) bağlayın.
6. Osiloskop ekranında görüntülenen çıkış dalga şekli bozulmayacak şekilde, sinüzoidal sinyalin genliğini arttırın.
7. Osiloskop kullanarak, Vi giriş sinyalini ve Vo çıkış sinyalini ölçün ve Tablo 8-1-2’ye kaydedin.
8. Osiloskop kullanarak, VA ve VB’yi ölçün ve Tablo 8-1-2’ye kaydedin.
9. VR2 potansiyometresini ayarlayın ve çıkış dalga şeklinde bozulma olup olmadığını gözleyin.
10. Aşağıdaki değerleri hesaplayarak Tablo 8-1-3’ü tamamlayın:
63
Elektronik Laboratuvarı
𝐼𝑒 =
VB
𝑉𝑜
𝑉𝑎 − 𝑉𝑏
, 𝐼𝑏 =
,
𝑅𝑏
𝑅𝑏
2V
𝐴𝑣 =
𝑉𝑜
𝐼𝑒
𝑉𝑏
, 𝐴𝑖 =
, 𝐴𝑝 = 𝐴𝑣 × 𝐴𝑖 , 𝑍𝑖𝑛 =
𝑅𝑏
𝐼𝑏
𝐼𝑏
3V
4V
5V
VE
Tablo 8-1-1
VA (Vpp)
VB (Vpp)
Vo (Vpp)
Ie
Av
Ai
Ap
Zin
Ib
Tablo 8-1-2
V
V
t
V
V
Vo
t
Vo
V
t
Vo
Tablo 8-1-2
64
Elektronik Laboratuvarı
t
Şekil 8-1-4
Şekil 8-1-6
SONUÇLAR
Ortak bazlı yükselteç şu özelliklere sahiptir:
1. Yüksek giriş ve düşük çıkış empadansı
2. Yüksek akım kazancı ve yaklaşık 1’e eşit gerilim kazancı (emetör izleyici)
3. Giriş sinyali ile aynı fazda çıkış sinyali
4. Empedans uydurma ve akım sürücü olarak kullanmak için uygun
65
Elektronik Laboratuvarı
DENEY 8-2 Anahtarlama Devresi
DENEYİN AMACI
1. Transistörlü anahtarlama devresinin çalışma prensibini anlamak.
2. Transistör ON yada OFF durumundayken kollektör akımını ölçmek.
GENEL BİLGİLER
Transistörün Anahtar Davranışı
Transistör anahtar olarak kullanıldığında, genel olarak aşağıdaki iki durumdan birinde çalışır:
Doyum: VCE(sat)=0.2V , IC=VCC/RC (Transistörün C-E arası kısa devre)
Kesim : VCE=VCC , IC=0 (Transistörün C-E arası açık devre)
Endüktif Yükleri Sürmek için Transistör Kullanımı
Röle ve motor gibi endüktif yükleri sürmek için transistör kullanıldığı zaman; transistör doyumdayken, kollektörden akan akımın ilgili
karakteristikleri sağlayıp sağlamadığına ve transistör kesimdeyken, kollektöre uygulanan gerilimin transistörün dayanabileceği VCEO gerilimini
aşıp aşmadığına dikkat edilmelidir (VCEO; Baz açıkken, CE’ün dayanabileceği gerilim). Şekil 8-2-1’de gösterildiği gibi, transistör kesimdeyken,
şekilde gösterilen polaritede bir zıt emk üretilir ve CE arası VCC’nin iki katına eşit bir gerilime maruz kalabilir.
Şekil 8-2-1 Röle sürücü devresi
Endüktif eleman tarafından üretilen zıt elektromotor kuvvetin etkisini ortadan kaldırmak için, Şekil 8-2-1’de gösterildiği gibi, zıt elektromotor
kuvvet için bir deşarj yolu sağlamak amacıyla, bobinin uçları arasına paralel olarak bir diyot bağlanabilir. Böylece VCEO azaltılmış ve transistör
korunmuş olur.
KULLANILACAK ELEMANLAR
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Multimetre
2,2 kΩ
direnç
10 kΩ
direnç
22 kΩ
direnç
47 kΩ
direnç
10 kΩ
potansiyometre
10 µF
kapasitör
KN3904
transistör (Q3)
KN3906
transistör (Q4)
1N4007
diyot
RAYEX ELEC. LEG-12 1204
Switch (Buton şeklinde)
Röle
DENEYİN YAPILIŞI
A. ON ve OFF Durumlarında Transistör Akımlarının Ölçülmesi
1. Şekil 8-2-2’deki devreyi kurun.
2. IB ve IC akımlarını ölçmek için ampermetreleri bağlayın.
3. Güç açıkken, Q3 transistörünün bazına 5V uygulanmaktadır. Bu durumda Q3 transistörü iletimde (ON) olmalıdır. I B, IC ve VCE değerlerini
ölçün ve Tablo 8-2-1’e kaydedin.
4. +5V ucundan KL-25003 modülüne gelen bağlantı kablosunu çıkartın. Bu durumda Q3 transistörü kesimde (OFF) olmalıdır. I B, IC ve VCE
değerlerini ölçün ve Tablo 8-2-1’e kaydedin.
66
Elektronik Laboratuvarı
Durum
VBE
Q3 ON
5V
Q3 OFF
0V
IB
IC
VCE
Tablo 8-2-1
Şekil 8-2-2 Transistörün anahtar olarak kullanılması
B. Transistörün Röle Sürmek için Kullanılması
1. Şekil 8-2-4’teki devreyi kurun.
2. Güç açıkken, Q3 transistörünün bazına 5V uygulanmaktadır. Bu durumda Q3 transistörü iletimde (ON) ve röle mıknatıslanmış (ON)
olmalıdır. VBE ve VCE değerlerini ölçün ve Tablo 8-2-2’ye kaydedin.
3. Q3’ün bazı ile R15 direnci arasındaki klipsi kaldırarak, 5V’luk gerilimi devreden çıkarın. Bu durumda Q3 transistörü kesimde (OFF) çalışır
ve rölenin mıknatıslığı ortadan kalkar (OFF). VBE ve VCE değerlerini ölçün ve Tablo 8-2-2’ye kaydedin.
4. Devrede # ile işaretli olan klipsi takın ve diğer klipsleri çıkartın.Böylece Şekil 8-2-4(b)’de gösterilen devre kurulmuş olur.
5. Q4 transistörünün bazını toprağa bağlamak için S1 basmalı anahtarına basın. Bu durumda Q4 transistörü iletimde (ON) ve röle
mıknatıslanmış (ON) olmalıdır. VBE ve VCE değerlerini ölçün ve Tablo 8-2-2’ye kaydedin.
6. Q4 transistörünün bazını açık devre etmek için S1 basmalı anahtarına basın. Bu durumda Q4 transistörü kesimde (OFF) çalışır ve rölenin
mıknatıslığı ortadan kalkar (OFF). VBE ve VCE değerlerini ölçün ve Tablo 8-2-2’ye kaydedin.
Devre
Düzenlemesi
Röle
VBE (V)
ON
OFF
ON
OFF
Tablo 8-2-2
67
Elektronik Laboratuvarı
VCE (V)
(a) NPN
(b) PNP
Şekil 8-2-4 Röle sürmek için transistör kullanılması
SONUÇLAR
Transistör, mükemmel bir elektronik anahtardır. Transistör doyumda çalışırken, kollektör akımı maksimum değerine ulaşır ve kollektör-emetör
arası gerilim düşümü sadece 0.2V olur. Transistör kesimde çalışırken ise kollektör akımı yaklaşık olarak sıfırdır.
68
Elektronik Laboratuvarı
Temel İşlemsel Yükselteç Devreleri
Deney 9
69
Elektronik Laboratuvarı
DENEY 9-1 Eviren Yükselteç
DENEYİN AMACI
1. Eviren yükseltecin çalışma prensibini anlamak.
2. Eviren yükseltecin giriş ve çıkış dalga şekilleri ile gerilim kazancını ölçmek.
GENEL BİLGİLER
Önemli İşlemsel Yükselteç Kavramları
1. Görünürde toprak (görünürde kısa devre)
Normal kısa devre, iki uçtaki gerilimin eşit ve bu iki uç arasındaki akımın maksimum olması anlamına gelmektedir. Ancak, OPA’nın "+" ve "-"
giriş uçlarındaki V(-) ve V(+) gerilimleri eşit olmasına rağmen "+" ve "-" uçlardan akım akmamaktadır. Bu olay, görünürde kısa devre ve aynı
zamanda, eviren yükselteçte “+” uç genelde toprağa bağlandığı için, görünürde toprak olarak adlandırılır. Bu durum OPA’da Zi=∞ ve Av=∞
olmasından kaynaklanır. Zİ=∞ olduğu için, giriş ucuna doğru akım akmayacaktır. AV=∞ olduğu için de, önemsiz büyüklükte bir Vİ gerilimi
uygulandığında, önemli ölçüde bir çıkış gerilimi elde edilecektir. Vİ ihmal edilebilecek kadar küçük olduğu için, V(-) ve V(+) yaklaşık olarak
eşit olur.
2. Açık-çevrim kazancı
Açık-çevrim kazancı çok büyük olup ideal durumda ∞’dur.
3. Kapalı-çevrim kazancı
Açık çevrin kazancı çok büyük olduğu için, açık çevrim düzenlemeli OPA, yükselteç olarak uygun değildir. Çünkü aşırı büyük kazanç,
yükselteç çıkışının kolaylıkla doyuma gitmesine neden olur. OPA yükselteç olarak kullanılacaksa, kazancı kontrol edebilmek için devreye
negatif geri besleme eklenmelidir.
İşlemsel yükselteçler kullanılarak birçok karmaşık devre oluşturulabilir. Bu devreler, ne kadar karmaşık olursa olsun, esasında temel
devrelerden oluşur. Burada yükselteç olarak kullanılan iki temel işlemsel yükselteç devresi tanıtılacaktır: eviren yükselteç devresi ve evirmeyen
yükselteç devresi.
Eviren Yükselteç
Eviren yükselteç devresi Şekil 9-1-1(a)’da ve eşdeğer devresi de Şekil 9-1-1(b)’de gösterilmiştir.
(a) Pratik devre
(b) Eşdeğer devre
Şekil 9-1-1 Eviren yükselteç
Görünürde toprak kavramına bağlı olarak, OPA’nın evirici giriş ucuna doğru akım akmayacaktır. Bununla birlikte V(-)=V(+)=0V olduğu için, Vo=
-IfRf , Vİ=I1R1 ve I1=If olur.
𝐴𝑉 =
𝑅𝑓
𝑉0 −𝐼𝑓 𝑅𝑓
=
=−
𝑉𝑖
𝐼1 𝑅1
𝑅1
VO ile Vİ arasında 180o faz farkı vardır.
Bu devre, kazancı tamamen geri besleme devresi tarafından belirlendiği ve OPA karakteristiklerinden bağımsız olduğu için, oldukça kararlıdır.
Örnek : Şekil 9-1-1'de gösterildiği gibi, R1=10KΩ, Rf=100KΩ, Vİ=0.5V, VO=?
Çözüm :
Av= -Rf / R1 = -100K / 10K = -10, VO =Vİ × AV = 0.5V × (-10) = -5V
70
Elektronik Laboratuvarı
KULLANILACAK ELEMANLAR
1.
2.
3.
4.
5.
1 kΩ (*2)
10 kΩ
100 kΩ (*2)
UA741
Osiloskop
Direnç
Direnç
Direnç
Opamp
DENEYİN YAPILIŞI
1. KL-25007 modülünü, KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve b bloğunu belirleyin. Şekil 9-1-2(a)’daki
devre ve Şekil 9-1-3’teki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL-22001 Düzeneğindeki +12VDC ve -12VDC sabit güç
kaynaklarını, KL-25007 modülüne bağlayın.
2. KL-22001 Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN1 (TP3) ucuna 1KHz’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. OUT (TP7)
çıkış ucuna osiloskop bağlayın.
3. Osiloskop ekranında maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli elde edilecek şekilde, sinüzoidal sinyalin genliğini yavaşça artırın. IN1
ucundaki VIN1 giriş gerilimini ve OUT ucundaki VOUT çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 9-1-1'e kaydedin. Giriş ve çıkış dalga şekilleri arasındaki
faz ilişkisini belirleyin ve gerilim kazancını hesaplayın.
𝑉𝑂𝑈𝑇
𝐴𝑣 =
= __________________
𝑉𝐼𝑁1
4. Giriş sinyal bağlantılarını çıkartın ve IN1 giriş ucunu toprağa bağlayın. Osiloskop kullanarak (DC bağlantıda), OUT çıkış ucundaki DC
seviyeyi (çıkış offset gerilimi) ölçün ve kaydedin. Vdc=_______________.
5. Şekil 9-1-2(b)’deki devre ve Şekil 9-1-4’teki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR3'ü
devreye bağlayın.
6. 4. adımı tekrarlayın. Ölçülen DC seviye 0V değilse, VR3(100K)'ü ayarlayarak bu seviyeyi 0V yapın.
7. 2. ve 3. adımları tekrarlayın.
8. VR3(100K)'ü rastgele ayarlayarak çıkış dalga şeklinin değişip değişmediğini gözleyin.
Dalga Şekli
VP-P
V
VIN1
Ofset
Ayarsız
t
V
VOUT
t
V
VIN1
t
Ofset Ayarlı
V
VOUT
71
t
Elektronik Laboratuvarı
Tablo 9-1-1
(a) Ofset ayarsız
(b) Ofset ayarlı
Şekil 9-1-2 Eviren yükselteç devreleri
SONUÇLAR
Eviren bir yükselteçte, giriş ve çıkış gerilimleri arasındaki faz farkı 180o dir ve gerilim kazancı, giriş direnci ve geri besleme direnci tarafından
belirlenir.
72
Elektronik Laboratuvarı
DENEY 9-2 Evirmeyen Yükselteç
DENEYİN AMACI
1. Evirmeyen yükseltecin çalışma prensibini anlamak.
2. Evirmeyen yükseltecin giriş ve çıkış dalga şekilleri ile gerilim kazancını ölçmek.
GENEL BİLGİLER
Eviren yükselteç devresi Şekil 9-2-1(a)’da ve eşdeğer devresi de Şekil 9-2-1(b)’de gösterilmiştir.
(b) Eşdeğer devre
(a) Devre
Şekil 9-2-1 Evirmeyen yükselteç
Eşdeğer devreden, aşağıdaki denklemler elde edilir:
𝐼𝑓 = 𝐼1
𝑅1
𝑉İ
𝑅1
𝑉İ = 𝑉𝑂 ×
,
=
𝑅1 + 𝑅𝑓
𝑉𝑂 𝑅1 + 𝑅𝑓
Böylece
𝐴𝑉 =
𝑅𝑓
𝑉𝑂 𝑅1 + 𝑅𝑓
=
=1+
𝑉İ
𝑅1
𝑅1
VO, Vİ ile aynı fazdadır.
Örnek : Şekil 9-2-1(a)'da gösterildiği gibi, R1=1KΩ, Rf=10KΩ, Vİ=1V, VO=?
Çözüm :
𝑉𝑂 = 𝑉İ (1 +
𝑅𝑓
10𝐾
) = 1𝑉 (1 +
) = 11𝑉
𝑅1
1𝐾
Bu devrede kullanılan besleme gerilimi değeri, 11V’tan büyük olmalıdır. Aksi takdirde maksimum çıkış, besleme gerilimine eşit olur.
KULLANILACAK ELEMANLAR
1.
2.
3.
4.
5.
1 kΩ (*2)
10 kΩ
100 kΩ (*2)
UA741
Osiloskop
Direnç
Direnç
Direnç
Opamp
DENEYİN YAPILIŞI
1. KL-25007 modülünü, KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve b bloğunu belirleyin. Şekil 9-2-2’deki devre
ve Şekil 9-2-3’teki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın.
2. KL-22001 Düzeneğindeki +12VDC ve -12VDC sabit güç kaynaklarını, KL-25007 modülüne bağlayın.
3. KL-22001 Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN2 (TP4) ucuna 1KHz’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. OUT (TP7)
çıkış ucuna osiloskop bağlayın.
73
Elektronik Laboratuvarı
4. Osiloskop ekranında maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli elde edilecek şekilde, sinüzoidal sinyalin genliğini yavaşça artırın. IN2
ucundaki VIN2 giriş gerilimini ve OUT ucundaki VOUT çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 9-2-1'e kaydedin.
5. Giriş ve çıkış dalga şekilleri arasındaki faz ilişkisini belirleyin ve gerilim kazancını hesaplayın.
𝑉𝑂𝑈𝑇
𝐴𝑣 =
= __________________
𝑉𝐼𝑁2
Dalga Şekli
VP-P
V
VIN2
t
V
VOUT
t
Tablo 9-2-1
Şekil 9-2-2 Evirmeyen yükselteç
SONUÇLAR
Evirmeyen bir yükselteçte, giriş ve çıkış gerilimleri arasındaki faz farkı 0o dir ve gerilim kazancı, giriş ve geri besleme dirençleri tarafından
belirlenir.
74
Elektronik Laboratuvarı
DENEY 9-3 Gerilim İzleyici
DENEYİN AMACI
1. Gerilim izleyicinin çalışma prensibini anlamak.
2. Gerilim izleyicinin giriş ve çıkış dalga şekilleri ile gerilim kazancını ölçmek.
GENEL BİLGİLER
Şekil 9-3-1'de gösterilen gerilim izleyici, bir evirmeyen yükselteç uygulamasıdır. R1=∞ olduğu için
𝑅𝑓
𝐴𝑉 = 1 +
=1
𝑅1
Şekil 9-3-1 Gerilim izleyici
Bu nedenle bu devre yükselteç olarak çalışmaktadır. Bununla birlikte, Zİ=∞ ve ZO çok küçük olduğu için, gerilim izleyici yaygın olarak empedans
uydurmada kullanılır.
KULLANILACAK ELEMANLAR
1.
2.
3.
4.
5.
1 kΩ (*2)
10 kΩ
100 kΩ (*2)
UA741
Osiloskop
Direnç
Direnç
Direnç
Opamp
DENEYİN YAPILIŞI
1. KL-25007 modülünü, KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve b bloğunu belirleyin. Şekil 9-3-2’deki devre
ve Şekil 9-3-3’teki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL-22001 Düzeneğindeki +12VDC ve -12VDC sabit güç
kaynaklarını, KL-25007 modülüne bağlayın.
2. KL-22001 Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN2 (TP4) ucuna 1KHz’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın.
3. Osiloskobun girişini OUT (TP7) çıkış ucuna bağlayın. Osiloskop ekranında maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli elde edilecek şekilde,
Fonksiyon Üretecinin çıkış genliğini yavaşça artırın. VIN2 ve VOUT dalga şekillerini ve tepeden-tepeye değerlerini ölçüp Tablo 9-3-1'e
kaydedin.
4. Fonksiyon Üretecinin çıkış genliğini rastgele değiştirerek, VOUT’un daima VİN2’ye benzer olup olmadığını gözleyin.____________
5. AV gerilim kazancını hesaplayın.
𝐴𝑣 =
75
𝑉𝑂𝑈𝑇
= __________________
𝑉𝐼𝑁2
Elektronik Laboratuvarı
Dalga Şekli
VP-P
V
VIN2
t
V
VOUT
t
Tablo 9-3-1
Şekil 9-3-2 Gerilim izleyici devresi
SONUÇLAR
Gerilim izleyici, gerilim kazancı 1 olan evirmeyen bir yükselteç olarak düşünülebilir. Bu devrenin giriş empedansı, evirmeyen yükselteçlerde
olduğu gibi, çok yüksektir. Gerilim izleyici devresi gerçekleştirmek için µA741 kullanılması durumunda, Zİ, 200MΩ kadar yüksek olabilir ve giriş
kapasitansı yaklaşık olarak 1pF'dır. Çıkış empedansı 1Ω’dan çok daha küçük ve bant genişliği yaklaşık 1MHz olur. Çıkış empedansı 1Ω’dan
çok daha küçük olduğu için, bu devrenin karakteristikleri, çok küçük bir yük direnci bağlanması durumunda kötüleşecektir. Özellikle büyük giriş
sinyali uygulanması durumunda, işlemsel yükselteç çıkışı kolaylıkla doyuma gideceği için, yükselme hızının etkisi çok önemli olacaktır.
76
Elektronik Laboratuvarı
Türev ve İntegral Alıcı İşlemsel
Yükselteç Devreleri
Deney 10
77
Elektronik Laboratuvarı
DENEY 10-1 Türev Alıcı Devre
DENEYİN AMACI
1. Türev alıcı devrenin çalışma prensibini anlamak.
2. Türev alıcı devrenin giriş ve çıkış dalga şekilerini ölçmek.
GENEL BİLGİLER
(a) Temel devre
(b) Pratik devre
Şekil 10-1-1 RC türev alıcı devre
Şekil 10-1-1(a)’da gösterilen türev alıcı devre, temelde bir RC türev devresi uygulamasıdır. Bu devredeki I C, aşağıdaki gibi hesaplanabilir:
𝐼𝐶 = 𝐼𝑅
𝑄𝐶 𝐶𝑉𝐶 𝐶𝑉𝑖
=
=
=
𝑡
𝑡
𝑡
𝑑𝑄𝐶
𝑑𝑉𝐶
𝑑𝑉𝑖
⇒
=𝐶
=𝐶
𝑑𝑡
𝑑𝑡
𝑑𝑡
𝑉𝑜 = −𝐼𝐶 𝑅 = −𝑅𝐶
𝑑𝑉𝑖
𝑑𝑡
Vi kare dalga ise, VO darbe dizisi olur.
Vi üçgen dalga ise, VO kare dalga olur.
Şekil 10-1-1(b)'de gösterildiği gibi, pratik devrelerde, yüksek frekans gürültüsünü, çok küçük XCS’den dolayı devrenin kararsız çalışmasını ve
yüksek frekansta çok büyük yükseltme faktörünü engellemek amacıyla, RS direnci bağlanır. R1 direnci, giriş ucunda dengeleme direnci olarak
kullanılır.
KULLANILACAK ELEMANLAR
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
270 Ω
1 kΩ
10 kΩ
1 MΩ
10 kΩ
50 kΩ
0,1 µF
UA741
Osiloskop
Multimetre
Direnç
Direnç
Direnç
Direnç
Pot.
Pot.
Kapasitör
Opamp
DENEYİN YAPILIŞI
1. KL-25007 modülünü, KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve a bloğunu belirleyin. Şekil 10-1-2’deki devre
ve Şekil 10-1-3’teki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL-22001 Düzeneğindeki +12VDC ve -12VDC sabit güç
kaynaklarını, KL-25007 modülüne bağlayın.
2. KL-22001 Düzeneğindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN ucuna 1KHz’lik sinüzoidal işaret uygulayın. OUT çıkış ucuna osiloskop
bağlayın.
78
Elektronik Laboratuvarı
3. Osiloskop ekranında maksimum, bozulmasız kare dalga şekli elde edilecek şekilde, R 20(50K) direncini ayarlayın ve R20 değerini ölçün.
R20=_______Ω.
4. VIN ve VOUT gerilim dalga şekillerini Tablo 10-1-1'e kaydedin.
𝑑𝑉𝐼𝑁
𝑉𝑂𝑈𝑇 = −𝑅𝐶1
𝑑𝑡
5. VIN'in frekansını değiştirerek 3. ve 4. adımları tekrarlayın.
Tablo 10-1-1
Şekil 10-1-2 Türev alıcı devre
SONUÇLAR
Geliştirilmiş bir türev devresi, Şekil 10-1-4(b)'te gösterilmiştir.
(a) Temel
(b) Geliştirilmiş
Şekil 10-1-4 Türev alıcı devreler
C1 ve R1, Şekil 10-1-4(a)'daki devrede üretilen kararsızlık yada osilayonu ortadan kaldırmak için kullanılmaktadır. Burada, C 1<<C ve R1<<R’dir.
C1 ile, yukarısında XC1’in hızlı bir şekilde küçüldüğü ve yüksek-frekans kazancının ve aynı zamanda gürültünün azaldığı, maksimum bir türev
frekansı ayarlanabilir.
R1, yüksek-frekans kazancını sınırlayarak, devre çıkışının doyuma ulaşmasını ve osilasyon oluşmasını önler. Ayrıca giriş akımının azalmasına
neden olur.
R1 ve C1 seçilirken şu kurala uyulmalıdır : R1C=RC1
79
Elektronik Laboratuvarı
DENEY 10-2 İntegral Devresi
DENEYİN AMACI
1.
2.
İntegral devresinin çalışma prensibini anlamak.
İntegral devresinin giriş ve çıkış dalga şekilerini ölçmek.
GENEL BİLGİLER
(a) Temel devre
(b) Pratik devre
Şekil 10-2-1 İntegral devresi
Şekil 10-2-1(a)’daki integral alıcı devre temelde, Şekil 10-2-1(b)’de gösterilen RC integral devresi uygulamasıdır. Bu devredeki I C, aşağıdaki gibi
hesaplanır:
Şekil 10-2-2 RC integral alıcı devresi
𝐼𝐶 = 𝐼𝑅
𝑉İ − 0 𝑉İ
𝐼𝑅 =
= = 𝐼𝐶
𝑅
𝑅
𝑄
𝐼𝐶 𝑡
1
1 𝑉İ
1
𝑉𝑂 = 𝑉𝐶 = = −
= − ∫ 𝐼𝐶 𝑑𝑡 = − ∫ 𝑑𝑡 = −
∫ 𝑉İ 𝑑𝑡
𝐶
𝐶
𝐶
𝐶 𝑅
𝑅𝐶
Şekil 10-2-1(b)’de, pratik bir integral alıcı devre gösterilmiştir.
Bu devredeki R2, yükselteç çıkışının doyuma ulaşmasını ve alçak frekanslarda büyük Xc nedeniyle integral devresinin yanlış çalışmasını
engelleyebilir.
KULLANILACAK ELEMANLAR
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
270 Ω
1 kΩ
10 kΩ
1 MΩ
10 kΩ
50 kΩ
0,1 µF
UA741
Osiloskop
Direnç
Direnç
Direnç
Direnç
Pot.
Pot.
Kapasitör
Opamp
DENEYİN YAPILIŞI
1. KL-25007 modülünü, KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve a bloğunu belirleyin. Şekil 10-2-3’teki devre
ve Şekil 10-2-4’teki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2’yi devreye bağlayın. KL22001 Düzeneğindeki +12VDC ve -12VDC sabit güç kaynaklarını, KL-25007 modülüne bağlayın.
2. KL-22001 Düzeneğindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN giriş ucuna 1KHz, 0.5V P-P’lik kare dalga uygulayın. OUT çıkış ucuna osiloskop
bağlayın.
80
Elektronik Laboratuvarı
𝑔𝑖𝑟𝑖ş 𝑓𝑟𝑒𝑘𝑎𝑛𝑠𝚤 𝑓 ≥
1
2𝜋𝑉𝑅2 𝐶2
3. Osiloskopta, doğrusallığı iyi bir üçgen dalga görülünceye kadar, VR2(10K)’yi ayarlayın.
4. VIN ve VOUT dalga şekillerini ölçün ve Tablo 10-2-1'e kaydedin.
Tablo 10-2-1 Ölçülen giriş ve çıkış dalga şekilleri
Şekil 10-2-3 İntegral alıcı devre
SONUÇLAR
İntegral devresi, Şekil 10-2-5’de gösterilen alçak geçiren filtre gibi fonksiyon göstermektedir. İntegral alıcı devrenin, yukarısında çalışacağı,
birinci köşe frekansı f1=1/(2πR1C) iken, devrenin etkisiz hale geleceği frekans değeri de f2=1/(2πRC)’dir. Bu nedenle, intregral alıcı devrenin
giriş sinyali frekansı f1 ile f2 arasında sınırlandırılmalıdır.
Şekil 10-2-5 Alçak geçiren filtre
81
Elektronik Laboratuvarı