deney

BÖLÜM 10
LC OSİLATÖRLERİ
Amaç: Transistörlü Hartley ve Colpitts osilatörlerinin incelenmesi, devrelerin titreşim
frekanslarının belirlenmesi
BİLGİ
10.1
Osilatör
Kavramı:
Girişine
uygulanan DC gerilimle çıkışında zamanla
tekrarlanan genliği değişen bir gerilim
(alternatif gerilim) üreten bir devre, en
genel halde osilatör olarak isimlendirilir.
Çıkış geriliminin şekli osilatör tipine göre
değişir.
Temel
osilatör
kavramı
Şekil10.1’deki gibi özetlenebilir ve genel
olarak osilatör, girişine uygulanan DC
elektrik enerjisini AC elektrik enerjisine
dönüştüren bir devre olarak tanımlanabilir. Ayrıca basitçe bir osilatörün, kazancı sağlayan
bir yükselteç ve faz kaydırması ile zayıflamayı gerçekleştiren bir pozitif geri besleme
(“positive feedback”) devresinden oluştuğu söylenebilir.
Pozitif geri besleme kabaca, çıkış
geriliminin belirli bir oranının geriye, Şekil
10.2’deki gibi girişe ilave edilmesidir. Bu
takdirde girişe ilave edilen geri besleme
çıkışa katkıda bulunarak, örneğin çıkıştaki
sinüs geriliminin devamlılığını sağlar.
Böyle bir geri beslemeli devrenin GF
kazancı, geri besleme devresininki H ise
GF 
G
1  GH
(10.1)
bağıntısıyla belirlenir. Bu bağıntıdaki G yükselteç devresinin G  Av gerilim kazancıdır.
Dolayısıyla bu bağıntı geri besleme devresinin
B
1
1  Av H
zayıflatması ile
G F  Av B
bağıntısıyla da ifade edilebilir.
(10. 1 )
10.2 Tank Devreleri: Transistörlü
osilatörlerde
çok
zaman
rezonans
durumunda LC, yani self ile kapasiteden
oluşan geri besleme devreleri kullanılır.
Bundan dolayı bu osilatörler LC osilatörler
olarak anılırlar. Bilindiği gibi böyle bir
devrede rezonans, X L indüktif reaktansla
X C kapasitif reaktansın eşitliğinde oluşur.
Örneğin Şekil 10.3’deki şematik devrede
rezonans
X L  XC
için, dolayısıyla
f 
1
2 LC
(10.2)
frekansında elde edilir. Bu durumda, ideal halde aynı genlikteki I C ve I L akımları nedeniyle
devreden geçen akım maksimum değerdedir.
Transistörlü Hartley ve Colpitts osilatör devrelerinin farkı geri besleme devrelerinden oluşur.
Hartley osilatöründe orta uçları topraklanan iki self ve bir kondansatörden oluşan devrenin
(Şekil 10.4-a) kullanılmasına karşılık, Colpitts osilatöründe ortak uçları topraklı iki
kondansatör ile selften oluşan (Şekil 10.4-b) düzenden yararlanılır. Bu devreler Hartley ve
Colpitts osilatörlerinin “tank devreleri” olarak anılırlar.
Bu takdirde (10.2) bağıntısıyla verilen rezonans frekansının hesabında, Şekil 10.4-a devresi
için LT eşdeğer selfin
LT  L1  L2
olmasına karşılık, Şekil 10.4-b’deki CT eşdeğer kapasitenin
(10.3)
CT 
C1C 2
C1  C 2
(10. 3 )
olduğu aşikardır.
10.3 Colpitts Osilatörü: Rezonans durumundaki tank devresiyle oluşturulan basit bir Colpitts
osilatörü Şekil 10.5’deki gibi gerçekleştirilir. Bu devredeki, geri besleme çevrimindeki tank
devresi filtre görevini üstlenerek belirli bir frekans aralığındaki titreşimleri geçirmek için de
kullanılmaktadır. Devrenin f r titreşim (osilasyon) rezonans frekansı (10. 3 ) bağıntısıyla
belirlenen CT kapasitesi ile
fr 
1
2
LCT
(10.4)
dir.
10.4 Hartley Osilatörü: Şekil 10.5’deki Colpitts osilatörünün tank devresi yerine Şekil 10.4a’daki devre yerleştirilirse Hartley osilatör devresi oluşturulabilir. Dolayısıyla bu devrenin
rezonans osilasyon frekansı da, (10.3) bağıntısıyla
fr 
şeklinde ifade edilir.
1
2 LT C
(10. 4 )
DENEY
A) Hartley Osilatörü İle Ölçümler:
1)Digiac 3000-3.3 Oscillators-1 modülünün 5 nolu düzeninden yararlanılarak
Şekil 10.6’daki devre gerçekleştirilir.
2)5K’lık
(VR2)
potansiyometresi
maksimum dirence (VR2 ayar düğmesi
saat ibresi yönünde maksimum konumda)
ayarlanarak kazancın minimum olması
sağlanır. Osiloskopta görüntülenen ve
devrenin DC bias şartlarını ifade eden
görüntüler çizilir.
3)Potansiyometre ile direnç yavaş yavaş
azaltılarak çıkışta osilasyonun başlaması
izlenir. Bu durumda emetör gerilimi
gözlenir. Direnç azaltılmaya devam
edilerek kazancın arttırılması sağlanır.
Çıkış geriliminin bozulması (distorsiyonu)
ile emetör geriliminin teperlerinde oluşan ve çıkışın bozulmasını ifade eden çöküntüler
gözlenir. Bu durumda osiloskopta izlenen görüntüler çizilir.
4)Potansiyometre ile direnç arttırılarak, yani kazanç azaltılarak distorsiyon yok edilir.
Distorsiyonsuz maksimum Vout çıkış geriliminin p-p değeri ölçülerek Tablo 10.1’e işlenir.
Tablo 10.1
Vout

p p
5)Bu durumda osiloskoptaki görüntüler çizilir ve Vout çıkış geriliminin frekansı belirlenir.
6)Bu eğrilerden transistörün kolektörü ile emetöründe gözlenen gerilimler arasındaki faz farkı
belirlenir. Sonuç Tablo 10.1’e yazılır.
7)Yukarıdaki gibi VR2 potansiyometresi tekrar maksimum dirence ayarlanır. Direnç yavaş
yavaş azaltılır ve titreşimlerin başladığı durumda emetör gerilimi gözlenir. Direnç azaltılmaya
devam edilerek emetör gerilimindeki değişimler gözlenir ve yorumlanır.
8)Çıkış gerilimi yeniden Tablo 10.1’de ölçülen değere ayarlanır ve Tablo 10.2’de verilen
kapasite değerleri için, (10.3) ve (10. 4 ) bağıntılarından devrenin f th teorik frekansları
hesaplanır, sonuçlar tabloya geçirilir.
Tablo 10.2
L  11mH
C  10nF
C  2.2nF
C  12.2nF
f th
f öl
9)Bu durumda Vout çıkış geriliminin f öl deneysel frekansı osiloskopla ölçülür, sonuç Tablo
10.2’ye yazılır.
10)Şekil 10.6’daki 10nF’lık C13 kondansatörünün yerine 2.2nF’lık C14 kondansatörü
bağlanarak benzer şekilde f öl deneysel frekans osiloskopla ölçülür, sonuç Tablo 10.2’ye
işlenir.
11) 10nF ve 2.2nF’lık kondansatörler paralel olarak devreye bağlanır. Yukarıdaki gibi
frekans ölçülerek Tablo10.2’ye geçirilir.
B) Colpitts Osilatörünün İncelenmesi:
1) Şekil 10.6’daki Hartley osilatörünün tank devresi değiştirilerek Şekil 10.7’de verilen devre
gerçekleştirilir.
2)5K’lık (VR2) potansiyometresi ayarlanarak distorsiyonsuz maksimum Vout çıkış geriliminin
f osilasyon frekansı osiloskopla ölçülür, sonuç Tablo 10.3’e işlenir.
Tablo 10.3
f
3) Bu durumda osiloskopta gözlenen Vc kolektör ( Vout ) ve Ve emetör gerilimleri çizilir.
4)Transistörün Vb baz gerilimi de osiloskopla gözlenerek, aynı eğri üzerine çizilir.
5)Bu durumda transistörün kolektör, baz ve emetör gerilimleri DC voltmetre olarak kullanılan
DM ile ölçülür, sonuçlar Tablo 10.4’e işlenir.
Tablo 10.4
Transistör gerilimleri
Kolektör(V)
Baz(V)
Emetör(V)
Osilasyon
Sükunet
6)Şekil 10.7’deki tank devresi devreden çıkarılarak (A noktası bağlantısı açılarak) DC sükunet
şartları için DM ile kolektör, baz ve emetör gerilimleri ölçülür, sonuçlar Tablo10.4’e geçirilir.
7)Tank devresi devreye ilave edilerek, Şekil 10.7’deki 10nF’lık C13 kondansatörünün yerine
2.2nF’lık C14 kondansatörü bağlanır. Bu durumda CT eşdeğer kapasite (10. 3 ) ifadesi ile,
f th osilasyon frekansı ise (10.4) bağıntısıyla hesaplanır. Benzer şekilde 10nF için de CT ve
f th belirlenir. Sonuçlar 10nF için yukarıda ölçülen f öl deneysel frekansla birlikte Tablo
10.5’e yazılır.
Tablo 10.5
L  1mH
10nF
2.2nF
CT
f th
f öl
8) Bu durumda, yukarıdaki gibi distorsiyonsuz maksimum çıkış gerilimi, potansiyometre
ayarlanarak elde edilir. Devrenin f öl deneysel osilasyon frekansı osiloskopta ölçülerek
sonuç Tablo 10.5’e işlenir.
SORULAR
1)Hartley ve Colpitts osilatör devrelerindeki yükselteçler hangi işlevi sağlarlar? Bu
osilatörlerde faz kaydırması nasıl gerçekleştirilir?
2)Bu osilatörlerde geri besleme miktarı hangi devre elemanlarıyla belirlenir?
3)Yüksek frekanslı işaretler oluşturmak için bu osilatörlerden hangisi daha uygundur?
4)Bir Hartley osilatörünün tank devresi, 0,5mH ve 5mH değerlerindeki iki self ile
3,3nF’lık bir kondansatörden oluşuyorsa rezonans frekansı nedir?