kocaeli üniversitesi elektronik ve haberleşme mühendisliği

KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ ELEKTRONİK VE HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ
ELEKTRONİK LAB – 1 DERSİ İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİ - 2 DENEYİ
Amaç:
Bu deneyde terslemeyen kuvvetlendirici, toplayıcı kuvvetlendirici ve karşılaştırıcı
uygulamalarını öğretmeyi amaçlamaktadır.
Malzemeler:
-
Breadboard,
Bağlantı telleri,
4 adet krokodil kablo,
2 adet osiloskop probu,
1 adet 1 kΩ direnç,
2 adet 4,7 kΩ direnç,
2 adet 10 kΩ direnç,
3 adet LM741 opamp,
2 adet 0,1 uF kondansatör,
Milimetrik kağıt
Ön Hazırlık:
a. Şekil 5’deki toplayıcı kuvvetlendirici devresi çıkışında ne görmeyi beklersiniz ve bu
devre için çıkış geriliminin matematiksel ifadesi nedir? Bu devreyi Multisim
programında kurup giriş ve çıkış işaretlerinin görsellerini ön hazırlığa ekleyiniz.
b. Şekil 6’daki terslemeyen kuvvetlendirici devresini inceleyerek teorik kazancı
hesaplayınız.
c. Şekil 7’deki karşılaştırıcı devresini inceleyip Vref = 0 Volt ve Vref = 1 Volt olması
durumunda beklenen çıkış dalga şeklini çiziniz ve açıklayınız.
1. Opamp DC Besleme Bağlantıları
Opamp lar genellikle doğru akım (DC) ile beslenmek zorundadır ve bu yüzden devreye diğer
devre elemanları yerleştirilmeden önce besleme bağlantılarının yapılması devre
kurulumundaki karmaşıklığı azaltacaktır. Opampta besleme simetrik olarak hem pozitif hem
de negatif besleme voltajı ile yapılmaktadır.
Şekil 1’de deneyde kullanılan LM741 entegresine ait bacak bağlantıları verilmiştir.
Kullanılacak opampın 8 bacağı olup nokta şeklinde işaret olan köşeye en yakın olan bacak 1.
bacak olarak isimlendirilmektedir. Şekil 1’de 4 ve 7 nolu bacaklardan simetrik besleme
yapılacağı görülmektedir.
Şekil 1. LM741 entegre bacak bağlantıları
Simetrik besleme ile ilgili bağlantı şeması Şekil 2’de, breadboard üzerinde bu bağlantıların
yapılmış şekli ise Şekil 3’te verilmiştir. Breadboardda opampa ait besleme gerilimi ve toprak
bağlantıları kolaylık olması açısından en üstte ve en alttaki kırmızı ve mavi çizgilerin olduğu
hatlar üzerinden yapılmaktadır. 4 ve 7 nolu bacakta bulunan kondansatörler ise güç
kaynağındaki gürültüleri azaltmak için kullanılmaktadır.
Şekil 2. Opampın simetrik beslemesi
Şekil 3. Breadboard üzerinde opamp bağlantıları
Deney boyunca tüm devrelerdeki simetrik besleme gerilimi olarak 5 Volt kullanılacaktır ve
deney şemalarında besleme bağlantıları gösterilmeyecektir. Devreniz herhangi bir nedenle
çalışmadığında bu bağlantıları kontrol ediniz.
2. Toplayıcı Kuvvetlendirici Devresi
Toplayan kuvvetlendirici devresine ait şema Şekil 4’de verilmiştir ve bu konfigürasyonda
çıkışta yük direnci olarak 10 kΩ kullanılmıştır. Bir toplayıcı kuvvetlendirici, birden fazla girişin
ağırlıklı toplamını alarak çıkış üreten kuvvetlendiricidir. Bu ağırlıklar gerilim kaynaklarının
önündeki dirençlere ve opampın tersleyen giriş ile çıkış arasında direncin değerine bağlı
olarak değişmektedir.
Şekil 4. Toplayıcı kuvvetlendirici devresi
Bu uygulama için aşağıdaki adımları izleyiniz ve sonuçları raporun en sonunda bulunan
bölüme not ediniz.
1) Opampın besleme bağlantılarını yapıp Şekil 4’deki devreyi kurunuz. Burada AC gerilim
için sinyal kaynağından osiloskop yardımıyla ayarladığınız 0,5 Volt genliğinde 1 kHz
frekansında sinüs işaretini devreye bağlayınız. GND ile ifade edilen tüm düğümleri
simetrik beslemedeki referans düğümüne bağlayınız.
2) Şekildeki devrede CH1 ve CH2 ile gösterilen düğümlere osiloskobun 1. ve 2.
kanallarını bağlayıp bu düğümlerde gördüğünüz işaretleri milimetrik kağıda çiziniz. Bu
durumda çıkıştaki gözlemlenen işaret ile ön hazırlıkta hesaplanan teorik çıkış
işaretinin tutarlılığını karşılaştırınız.
3) Tersleyen girişe bağlanan DC gerilim kaynağının 1,5 Volt ve 2 Volt değerlerinde nasıl
bir etki oluştuğunu anlatınız. Bu durumun hangi sebepten kaynaklandığını açıklayınız.
3. Terslemeyen Kuvvetlendirici Devresi
Terslemeyen kuvvetlendirici devresine ait şema Şekil 5’te verilmiştir ve bu konfigürasyonda
çıkışta yük direnci olarak 10 kΩ kullanılmıştır. Bu devre kazancın işaretini değiştirmeden veya
giriş sinyalini terslemeden belirli bir kazançla çarparak çıkışa yansıtmaktadır. Tıpkı tampon
devresinde olduğu gibi bu devre de genellikle yüksek giriş direnci sayesinde ideal olmayan
kaynaklar için oldukça kullanışlıdır. Ancak yüksek kazançlı kuvvetlendiriciler girişteki her
gerilim seviyesine aynı kazancı uyguladığı için küçük seviyeli gürültü ve karışımların genliğini
de yükseltip doyuma uğratabilir.
Şekil 5. Terslemeyen kuvvetlendirici devresi
Bu uygulama için aşağıdaki adımları izleyiniz ve sonuçları raporun en sonunda bulunan
bölüme not ediniz.
1)
Besleme bağlantılarının doğru olduğundan emin olunuz.
2) Şekil 5’deki devreyi kurunuz ve sinyal kaynağından osiloskop yardımıyla ayarladığınız
0,5 Volt genliğinde 1 kHz frekansındaki sinüs işaretini devreye bağlayınız.
3) Osiloskobun 1. ve 2. kanallarını şekilde gösterildiği gibi devreye bağlayıp Vin ve Vout
düğümlerindeki gerilimlerin genliklerini tabloya not ediniz. Osiloskopta gördüğünüz
işaretleri milimetrik kağıda çiziniz. Ölçümlerin doğru olabilmesi için osiloskop
kanallarına ait ayarların “DC coupling” ayarında ölçülmesi gerekmektedir.
4) Ölçülen kazancı hesaplayınız. Ölçülen kazancı ve ön hazırlıkta hesaplanan teorik
kazancı tabloya not ediniz.
5) 1 kΩ değerindeki direnci (R2) 4,7 kΩ ile değiştirip çıkışı gözlemleyiniz. Vin ve Vout
düğümlerindeki gerilimlerin genliklerini tabloya not ediniz. Bu durumda kazancı
hesaplayıp yazınız.
6) İki farklı R2 direnci için oluşan kazanç değerlerinin farkını yorumlayınız.
4. Karşılaştırıcı Kuvvetlendirici Devresi
Opampın yüksek kazancı ve çıkış doyum (saturation) etkilerini kullanarak opamplar
karşılaştırıcı olarak Şekil 6’daki konfigürasyonla kullanılabilir. Bu devre tersleyen ve
terslemeyen girişteki gerilim seviyelerini karşılaştırarak terslemeyen girişteki sinyal daha
büyük gerilime sahip olduğunda çıkışa + 5 Volt, aksi durumda ise çıkışa – 5 Volt gerilim
yansıtmaktadır. Daha önceki devrelerdeki geri besleme dirençlerinin aksine bu devre
herhangi bir geri besleme direnci barındırmadığı için çalışma şekli “açık çevrim” olarak
isimlendirilmektedir.
Şekil 6. Karşılaştırıcı devresi
Bu uygulama için aşağıdaki adımları izleyiniz ve sonuçları raporun en sonunda bulunan
bölüme not ediniz.
1)
Besleme bağlantılarının doğru olduğundan emin olunuz.
2) Şekil 5’deki devreyi kurunuz ve sinyal kaynağından osiloskop yardımıyla ayarladığınız
2 Volt genliğinde 1 kHz frekansındaki sinüs işaretini devreye bağlayınız. Vref isimli DC
gerilim kaynağını 0 Volt olarak ayarlayınız.
3) Osiloskobun 1. ve 2. kanallarını şekilde gösterildiği gibi devreye bağlayıp Vin ve Vout
düğümlerindeki gerilimlerin genliklerini tabloya not ediniz. Osiloskopta gördüğünüz
işaretleri milimetrik kağıda çiziniz. Ölçümlerin doğru olabilmesi için osiloskop
kanallarına ait ayarların “DC coupling” ayarında ölçülmesi gerekmektedir
4) Vref gerilimini 1 Volta ayarlayıp 2 Volta doğru yavaş yavaş arttırıp çıkıştaki değişimi
inceleyeniniz. Buna göre Vref gerilimin değişmesi çıkış geriliminde nasıl bir etki
oluşturmaktadır?
5) Sinyal kaynağından sinüs sinyalini üçgen dalga işareti ile karşılaştırarak Vref gerilimini
1 ile 2 Volt aralığında değiştirerek çıkıştaki değişimi yorumlayınız. Sinyal kaynağının
üçgen olması nasıl bir fark oluşturmuştur?
Elektronik Laboratuvarı İşlemsel Kuvvetlendirici - 2 Deneyi Raporu
Numara:
Adı Soyadı:
Grup Numarası:
1.
Toplayıcı Kuvvetlendirici Devresi Ölçümleri
a. Osiloskobun 2. kanalında görülen çıkış gerilimi ile 2. adımda hesaplanan teorik çıkış
gerilimini karşılaştırınız.
b. Tersleyen girişe bağlanan DC gerilim kaynağının 1,5 Volt ve 2 Volt değerlerinde nasıl
bir etki oluştuğunu anlatınız. Bu durumun hangi sebepten kaynaklandığını açıklayınız.
2.
Terslemeyen Kuvvetlendirici Devresi Ölçümleri
Direnç Değeri
Vin (V)
Vout (V)
Kazanç
Teorik Kazanç
R2 = 1 kΩ
R2 = 4,7 kΩ
a.
3.
İki farklı R2 direnci için oluşan kazanç değerlerinin farkını yorumlayınız.
Karşılaştırıcı Devresi Ölçümleri
a.
Vref gerilimin değişmesi çıkış geriliminde nasıl bir etki oluşturmaktadır?
b. Sinyal kaynağının üçgen olması nasıl bir fark oluşturmuştur?