DENEY 5: OP-AMP`LI GERİBESLEMELİ YÜKSELTEÇLER Deneyde

DENEY 5: OP-AMP’LI GERİBESLEMELİ YÜKSELTEÇLER
Deneyde Kullanılan Malzemeler:
3x1K, 4.7K , 3x10K 2x47K, 3x100K dirençler
100pF kondansatör
2xTL082
Ön Bilgi:
Yükselteç çıkış işaretinin bir kısmı veya tümünün, bir geri besleme devresi üzerinden, tekrar girişe
uygulanmasına geri besleme adı verilir. Geri besleme işaretinin fazı, giriş işaretinin fazı ile aynı ise
pozitif geri besleme, ters ise negatif geri besleme olarak adlandırılır. Yükselteç devrelerinde negatif
geri besleme kullanılmaktadır. Geri beslemeli yükseltecin blok diyagramı Şekil.1’de gösterilmiştir.
Şekil 1. Geri beslemeli yükseltecin blok diyagramı
Geri beslemeli yükselteç kazancı 𝐴𝑓 aşağıdaki şekilde ifade edilir.
𝑉𝑂 = 𝐴(𝑉İ − 𝛽 𝑉𝑂 )
𝐴𝑓 =
𝑉𝑂
𝐴
=
𝑉İ 1 + 𝛽𝐴
Transfer fonksiyonun paydasındaki 𝛽𝐴 terimini incelersek;
𝛽𝐴 = 0 ise 𝐴𝑓 = 𝐴 geri besleme yoktur.
𝛽𝐴 > 0 ise 𝐴𝑓 < 𝐴 negatif geri besleme vardır.
-1< 𝛽𝐴 < 0 ise 𝐴𝑓 > 𝐴 pozitif geri besleme vardır.
𝛽𝐴 = −1 ise 𝐴𝑓 = ∞ osilasyon vardır.
1
Negatif geri beslemede geri besleme işaretini bağlamanın dört farklı yolu vardır.
Gerilim-seri geri beslemesi
Akım-seri geri beslemesi
Gerilim-paralel geri beslemesi
Akım-paralel geri beslemesi
Burada gerilim veya akım, hangi çıkış büyüklüğünden örnek alındığını; seri veya paralel ise geri
besleme işaretinin giriş işareti ile bağlanma şeklini ifade eder.
Negatif geri besleme ile elde edilen gerilim kazancı, geri beslemesiz gerilim kazancına oranla oldukça
düşüktür. Ancak bu kazanç kaybına karşın daha geniş bir bant genişliği elde etmek mümkündür.
Seri geri besleme bağlantıları, giriş direncini yükseltir. Paralel geri besleme bağlantıları ise giriş
direncini azaltır. Gerilim geri beslemesi çıkış empedansını azaltır Akım geri beslemesi ise çıkış
empedansını yükseltir.
Opampların kazançları oldukça yüksektir. Bu yüzden geri besleme yapılmadan kontrol etmek güçtür.
Geri beslemesiz çalışma kazancına açık çevrim kazancı (K) denmektedir. Bir Opampın açık çevrim
gerilim kazancı teorik olarak sonsuzdur. Pratikte ise oldukça yüksek bir değerdir. TL08’nin açık
çevrim kazancı 1010 kadardır. Bu kazanç DC’den 10 Hz’e kadar olan işaretler için geçerlidir. Daha
yüksek frekanslarda kazanç 20 dB/dekad’lık bir eğim ile zayıflar.
OPAMP elemanları temel işlevi fark yükselteci (differential amplifier) olarak çalışmalarıdır.
Şekil2’deki için opamp elemanının girişleri V1 ve V2 ile çıkış ucu Vo, açık çevrim kazancı K’dır.
Fark yükselteci olarak opamp elemanı için giriş ve çıkış uçları arasındaki ilişkiyi matematiksel olarak
aşağıdaki şekilde ifade ederiz.
Şekil 2. Opamp elemanının uçları
𝑉𝑂 = 𝐾(𝑉2 − 𝑉1 )
Bu bağıntıdan da anlaşıldığı üzere opamp elemanının girişlerine uygulanan işaretlerinin farkının K katı
çıkıştan elde edilmektedir. K çok çok büyük bir değer olduğu için girişte çok küçük bir fark işareti olsa
da çıkış çok büyük olacaktır.
Pratikte;
Eğer V2 > V1 ise Vo = + Vcc
Eğer V2 < V1 ise Vo = - Vcc
Bu sebeple opampların kazancını kontrol etmek ve çalışılacak frekans bandını genişletmek için geri
besleme teknikleri kullanılmaktadır.
2
Aşağıda şekil4’te 4 tip geri beslemeye için opamplı negatif geri beslemeli yükselteç devreleri
verilmiştir.
Şekil4. (a) Gerilim - Seri , (b) Gerilim-Paralel, (c)Akım-Seri, (d)Akım-Paralel geri beslemeli
devreleri
3
Deneyin Yapılışı
1. Şekil.5’deki devreyi kurun. TL082’nin besleme gerilimi ±12𝑉simetrik beslemedir. Devrenin
girişine frekansı 10Hz genliği 100mV olan bir sinüs işareti uygulayın. Çıkışta görülen işareti çizin.
Şekil.5 Açık çevrim kazanç devresi
2. Bu deneyde iki tane Opamp kullanılarak Açık çevrim kazancı A=101 olarak sınırlandırılan temel
bir yükselteç yapısı oluşturulmuştur. Bu temel yükselteç yapısında A1 birim kazançlı tampon katı, A2
ise kazancı 101 olan kazanç katıdır. Kondansatörün görevi ise baskın kutup oluşturup bant genişliğini
sınırlandırmaktır. Girişte tampon kullanıldığından giriş direnci çok yüksektir. Ayrıca çıkış direnci ise
çok düşüktür.
Şekil6. Temel yükselteç devresi
Şekil6.’daki temel yükselteç devresini kurun. Yükseltecin V1 girişine frekansı 100Hz genliği 100mV
olan bir sinüs işareti uygulayın V2 girişini ise toprağa çekin. Öncelikle giriş işaretinin frekansını
arttırarak osiloskop ile çıkışı gözleyin ve 3dB kesim frekansını belirleyin. Daha sonra Tablo1’deki
her bir frekans için çıkış işaretinin tepe değerini kaydedin ve kazanç frekans eğrisini çizin.
4
3. Şekil7’deki devreyi kurun. Yükseltecin V1 girişine frekansı 100Hz genliği 100mV olan bir sinüs
işareti uygulayın. Öncelikle giriş işaretinin frekansını artırarak osiloskop ile çıkışı gözleyin ve 3dB
kesim frekansını belirleyin. Daha sonra Tablo2’deki her bir frekans için çıkış işaretinin tepe değerini
kaydedin ve kazanç frekans eğrisini çizin.
Şekil.7 Seri-gerilim tipi geri beslemeli yükselteç devresi
4. İlk olarak Şekil.8a’daki devreyi kurun. Yükseltecin V1 girişine frekansı 100Hz genliği 100mV olan
bir sinüs işareti uygulayıp çıkış işaretini osiloskop ile gözleyip çizin. Daha sonra Şekil.8b’daki devreyi
kurun. Yükseltecin V1 girişine frekansı 100Hz genliği 100mV olan bir sinüs işareti uygulayıp çıkış
işaretini osiloskop ile gözleyip çizin.
Şekil8. Geri beslemenin çıkış direncine etkisinin ölçülmesi
Açıklama: Pratikte Opampın çıkış direnci çok küçük olduğu için Opampın çıkışına 10K’lık bir direnç
bağlanarak çıkış direnci kasıtlı olarak artırılmıştır. Böylece deneyde geri besleme yaparak çıkış
direncinin azaldığı gözlemlenebilecektir.
5
5. Şekil.9’daki devreyi kurun. Dikkat edilecek olursa devrede akım kaynağı bulunmaktadır. Akım
kaynağı yerine kaynak dönüşümü yapılarak gerilim kaynağı ve ona seri bir direnç kullanılacaktır.
Devrenin girişine genliği 1V frekansı 1KHz olan bir sinüs uygulayın. Devrenin transrezistans
büyüklüğünü
𝑉𝑂
𝐼İ
belirleyin.
Açıklama: Devrenin transrezistans büyüklüğünü
𝑉𝑂
𝐼İ
belirlemek için Vo çıkış gerilimini osiloskop
ile ölçün ve Ii’yi ise hesaplama ile bulun.
Şekil.9 Gerilim-paralel tipi geri beslemeli yükselteç devresi
6
Grup No :
Ad Soyad :
Numara :
Ölçüm Sonuçları ve Yorumlar
1.Girişten sinüsoidal bir işaret
uygulanmasına rağmen çıkış
işaretini neden sinüsoidal bir işaret
gözlenemedi? Sebebini açıklayın.
2.
Frekans(Hz) Vout(V)
Kazanç(V/V) Kazanç(dB)
0.5fc
0.8fc
fc
1.5fc
3fc
(Kazanç x Bant genişliği) değerini hesaplayın.
7
3.
Frekans(Hz) Vout(V)
Kazanç(V/V) Kazanç(dB)
0.5fc
0.8fc
fc
1.5fc
3fc
(Kazanç x Bant genişliği) değerini hesaplayın. 2. Adımdaki değer ile karşılaştırın. Kazançtaki azalma
oranı bant genişliğindeki artma oranına eşit mi?
İpucu:
4.
8
Geri besleme yapıldıktan sonra çıkış direnci nasıl etkilendi? Açıklayın.
5.
Devrenin Transrezistans büyüklüğünün (
VO
Iİ
) hesaplanması:
9