kocaeli üniversitesi elektronik ve haberleşme mühendisliği

KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ ELEKTRONİK VE HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ
ELEKTRONİK LAB – 1 DERSİ İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİ - 2 DENEYİ
Amaç:
Bu deney, tersleyen kuvvetlendirici, terslemeyen kuvvetlendirici ve toplayıcı kuvvetlendirici
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 Op-amp,
2 adet 0,1 uF kondansatör,
Milimetrik kağıt
Ön Hazırlık:
a. Şekil 4’teki devreyi inceleyerek teorik kazancı hesaplayınız.
b. Şekil 5’deki terslemeyen kuvvetlendirici devresini inceleyerek teorik kazancı
hesaplayınız.
c. Şekil 6’daki toplayıcı kuvvetlendirici devresi çıkışında ne görmeyi beklersiniz ve bu
devre için çıkış geriliminin matematiksel ifadesi nedir?
1. Op-amp DC Besleme Bağlantıları
Op-amp lar genellikle doğru akım (DC) ile beslenmek zorundadır ve bu yüzden devreye diğer
devre elemanları yerleştirilmeden önce besleme bağlantılarının yapılması devre
kurulumundaki karmaşıklığı azaltacaktır. Op-ampta besleme simetrik olarak hem pozitif hem
de negatif besleme voltajı ile yapılmaktadır.
Şekil 1’de deneyde kullanılan LM741 entegresine ait bacak bağlantıları verilmiştir.
Kullanılacak Op-ampın 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 Op-ampa 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. Op-ampın simetrik beslemesi
Şekil 3. Breadboard üzerinde Op-amp 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. Tersleyen Kuvvetlendirici Devresi
Tersleyen kuvvetlendirici devresine ait şema Şekil 4’te verilmiştir ve bu konfigürasyonda
çıkışta yük direnci olarak 10 kΩ kullanılmıştır. İlgili devrede Girişe AC veya DC sinyal
uygulansa dahi bu kuvvetlendirici, girişine uygulanan sinyallerin seviyesine yükseltmekte
veya şiddetlendirmektir. Giriş sinyali tersleyen girişten bağlandığı için faz çeviren yükselteç
olarak da bilinir.
Şekil 4. Tersleyen kuvvetlendirici devresi
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 tersleyen ve terslemeyen kuvvetlendirici 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
4. Toplayıcı Kuvvetlendirici Devresi
Toplayan kuvvetlendirici devresine ait şema Şekil 6’da 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 Op-ampın tersleyen giriş ile çıkış arasında direncin değerine bağlı
olarak değişmektedir.
Şekil 6. Toplayıcı kuvvetlendirici devresi
5. Deneyde Sırasında Alınacak Ölçümler
Deney sırasında tersleyen, terslemeyen ve toplayıcı yükselteç devrelerine ilişkin
analizlerin yapılabilmesi için farklı devreler üzerinden ölçümlerin alınması gerekmektedir.
Ölçümlerle ilgili açıklamalar aşağıda paylaşılmıştır.
5.1.
Tersleyen Kuvvetlendirici Devresi Ölçümleri
Bu uygulama için aşağıdaki adımları izleyiniz ve sonuçları raporun en sonunda bulunan
bölüme not ediniz.
1) Op-amp’ın besleme bağlantılarının doğru olduğundan emin olunuz.
2) Şekil 4’deki devreyi kurunuz.
3) 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.
4) CH1 ve CH2 ile gösterilen düğümlere osiloskobun 1. ve 2. kanallarını bağlayıp Vin ve
Vout düğümlerindeki gerilimlerin genliklerini tabloya not ediniz. Bu durumda kazancı
hesaplayıp yazınız.
5) Ön hazırlıkta bulduğunuz teorik olarak kazancı tabloya not ediniz.
6) Osiloskobun 1. ve 2. kanallarında gördüğünüz işaretleri milimetrik kağıda çiziniz. Çizim
sırasında Bu grafiğe bakıldığında Şekil 4’deki devrenin tersleyen bir kuvvetlendirici
olduğunu nasıl anlayabiliriz? Raporda belirtiniz.
7) 4.7 kΩ değerindeki direnci (R2) 10 kΩ ile değiştirip benzer şekilde sinyal kaynağındaki
gerilimin genliğini yavaş yavaş 1 Volta kadar arttırıp çıkışı gözlemleyiniz. Giriş genliği 1
volt iken Vin ve Vout düğümlerindeki gerilimlerin genliklerini tabloya not ediniz.
Osiloskobun 1. ve 2. kanallarında gördüğünüz işaretleri milimetrik kağıda çiziniz. Bu
durumda kazancı hesaplayıp yazınız. Pratik kazanç ve yeni oluşan kazanç arasındaki
farkı yorumlayınız.
5.2.
Terslemeyen Kuvvetlendirici Devresi Ölçümleri
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.
5.3.
Toplayıcı Kuvvetlendirici Devresi Ölçümleri
Bu uygulama için aşağıdaki adımları izleyiniz ve sonuçları raporun en sonunda bulunan
bölüme not ediniz.
1) Op-ampın besleme bağlantılarını yapıp Şekil 6’daki devreyi kurunuz. Burada AC
gerilim için sinyal kaynağından osiloskop yardımıyla ayarladığınız 0,5 Volt genliğinde 1
kHz frekansında sinüs işaretini devreye bağlayınız.
2) GND ile ifade edilen tüm düğümleri simetrik beslemedeki referans düğümüne
bağlayınız.
3) 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.
4) Tersleyen girişe bağlanan DC gerilim kaynağının 1,5 Volt ve 2 Volt değerlerinde nasıl
bir etki oluştuğunu anlatınız. Bu durumun hangi sebepten kaynaklandığını açıklayınız.
Elektronik Laboratuvarı İşlemsel Kuvvetlendirici - 2 Deneyi Raporu
Numara:
Adı Soyadı:
Grup Numarası:
1.
Tersleyen kuvvetlendirici devresi Ölçümleri
Direnç Değeri
Vin (V)
Vout (V)
Kazanç
Teorik Kazanç
R2 = 4,7 kΩ
R2 = 10 kΩ
a. Osiloskopta görülen işaretler üzerinden tersleyen bir kuvvetlendirici olduğunu nasıl
anlayabiliriz?
b. R2 direncinin değişmesi durumunda kazancı hesaplayıp yazınız ve yeni oluşan teorik ile pratik
kazanç arasındaki farkı yorumlayınız.
2.
Terslemeyen Kuvvetlendirici Devresi Ölçümleri
Direnç Değeri
Vin (V)
Vout (V)
Kazanç
Teorik Kazanç
R2 = 1 kΩ
R2 = 4,7 kΩ
a.
İki farklı R2 direnci için oluşan kazanç değerlerinin farkını yorumlayınız.
3.
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.