KARESEL VE D KDÖRTGENSEL DALGA ÜRETEN OS

ASTABIL MÜLTİVİBRATÖRLER: KARESEL VE DİKDÖRTGENSEL DALGA
ÜRETEN OSİLATÖRLER
(Astable Multivibrators : Square and Rectangular Wave Producing Oscillators )
Eren BAŞARAN
Elektronik Yüksek Mühendisi (itü)
ULUSLARARASI KIBRIS ÜNİVERSİTESİ
Genel Fizik ve Elekronik Dersleri Öğretim Görevlisi
Haspolat Lefkoşa , Kuzey Kıbrıs
e-posta : [email protected]
Özetçe:
Bu
makalede,
karesel
veya
dikdörtgensel
dalga
üreten astabıl
mültivibratörler tanıtılmaya çalışılmaktadır.
Üretilen karesel veya dikdörtgensel dalganın
harmonikleri, çoğunlukla uygulamalarda
temel frekansın dokuzuncu harmoniğine kadar
etkili olmaktadır. Bu yazıda; karesel veya
dikdörtgensel dalganın keskinleştirilebilmesi
için neler yapılabileceği incelenmektedir ve
astabıl mültivibratörlerde devrenin çalışmaya
başlatılabilme sorunlarının üstesinden nasıl
gelinebilineceği açıklanmaktadır. Ayrıca,
karesel veya dikdörtgensel dalgada genişlik
ayarının nasıl yapılacağına da değinilmektedir.
1.Giriş:
Astabıl Mültivibratörler ; birkaç Hz’den MHz
mertebelerinde karesel veya dikdörtgensel
dalga üretecisi olarak çalıştırılabilirler. Karesel
dalgayı oluşturan yarı periyodlar birbirine
eşittir. Dikdörtgensel dalgayı oluşturan yarı
periyodlar birbirine eşit değildir. Aksi
belirtilmedikçe, bu yazıda karesel dalgalar için
söyleyeceklerimiz dikdörtgensel dalgalar için de
geçerlidir.
olan
karesel
dalgalı osilatörün,
sinyal
injektörü olarak kullanımı çok yaygındır.
Karesel dalgayı; genlikleri harmonik sayısı
arttıkça azalan ve sadece tek sayılı sinüzoidal
harmoniklerden oluşan,
sinüzoidal dalga
bileşenlerinin toplamı olarak düşünebiliriz.
Karesel dalgada; birinci harmoniğin yanısıra
üçüncü,
beşinci, yedinci ve dokuzuncu
harmonikli bileşenler çoğu uygulamada etkili
olmaktadır. Mekanik Siren sesini taklit edebilen
“Elektronik Siren” yapımında da karesel dalgalı
osilatörden yararlanılmaktadır.
Şekil 2.Temel Astabıl Mültivibratör
Devresinin iki kaynaktan beslenmesi
aşağıda görülmektedir
Şekil 1.Temel Astabıl Mültivibratör
Devresinin tek kaynaktan beslenmesi
aşağıda görülmektedir.
Karesel
dalga oldukça bol harmoniklidir.
Uygulamada karesel dalgalar; karesel dalganın
temel frekansının dokuzuncu harmoniğine kadar
etkili olmaktadır. Radyo ve Televizyon
alıcılarında arıza aramada temel frekansı 400 Hz
Doğru Akım Motorlarının hızlarının
elektronik yolla denetiminde de astabıl
mültivibratörler
kullanılmaktadır.
Ayrıca
uzaktan kumanda tekniğinde veya örneğin
oyuncak maket uçakların uzaktan otomatik
olarak kumanda sistemlerinde daha ziyade 27
MHz’lik vericideki güç yükseltecini belirli bir
ses frekansının (diyelim ki yaklaşık 700 Hz’lik
titreşiminin) temposunda iletim ve kesim
konumuna sokabilmek için karesel
dalga
üreten
astabıl
mültivibratör
devreleri
kullanılmaktadır. Batarya veya pil ile çalışan
ve “ışık flaşerleri” (light flashers) denen “yanıp
sönen lamba devrelerinde” osilasyon frekansı
yaklaşık birkaç Hz dolayındadır. Flaşerler
olarak iletim süresi tipik 0.3 saniye ve kesim
süresi tipik 0.9 saniye olan astabıl mültivibratör
devreleri kullanılıyor.
Astabıl Mültivibratör; herhangi kararlı
konumu olmayan bir devredir. Mültivibratörlere
kısaca “mülti” de denmektedir. Şekil 1 ve Şekil
2'de görülen Vcc doğru akım besleme
gerilimidir. Şekil 2'de görülen VBB doğru akım
baz besleme gerilimidir. VBB gerilimi belirli
sınırlar içinde değişken olabilir. Böylece,
gerilim değişimi , frekansa çevrilmiş oluyor.
Astabıl Mültivibratörlerin adı gibi "kararsız
(astable)" olması demek; gerilim ve akım
seviyelerinin, sürekli olarak izin verilen en uç
noktalar arasında, iletim konumundan kesim
konumuna , yani birinden ötekine geçiş yapması
demektir.Böylece, devre osilasyon yapmaktadır.
Hiçbir transistör birbirinin tümüyle
aynı olamıyacağına göre, Şekil 1 ve Şekil 2’deki
devre diyagramında; devre ilk kez besleme
kaynağına bağlandığında Q1 transistörü, Q2
transistöründen azıcık da farklı olmasından
Bu tür devrelerde yük dirençleri yerine
veya bunlara seri olarak ampul bağlanıyor.
ötürü, kesim ile iletim arasında flipleme (İng.
flip) yapacaktır. Daha açıkçası; bir transistör
iletimde iken , bir diğeri kesimde olacaktır ve
daha sonra kesimde olan iletime geçerek, bu
kez diğeri kesime girecektir. Böylece, Şekil
(3)’de görüleceği üzere çıkış alınabilen uçlarda
dikdörtgensel dalga oluştuğu görülecektir. Bu
dalganın köşelerinin biraz yuvarlaklaştığı
görülmektedir. Burada “Bu yuvarlak köşeleri
nasıl keskinleştirebiliriz? Keskin köşeli
dikdörtgensel dalgalar nasıl elde edebiliriz?”
sorularına yanıt bulmaya çalışacağız.
Aslına bakılırsa, karesel dalga;
dikdörtgensel dalganın T1 ve T2 yarıperiyodlarının eşit olduğu özel bir halidir.
Karesel dalgaya; kare dalga da denmektedir.
Karesel sözü “kare veya kare biçimindeki”
demektir. Dikdörtgensel (İng.rectangular)
sözü; “dikdörtgen (İng.rectangle) veya
dikdörtgen biçimindeki” demektir.
Şekil 3.Aşağıda Şekil 1’deki Temel Astabıl Mültivibratör devresindeki dalga biçimleri
görülmektedir.
Astabıl Mültivibratör devresindeki
transistörlerde , BVBEO < Vcc ise, Şekil 1 ve
Şekil 2'deki gibi, baz-emetör arası delinmeyi
önlemek için Q1 ve Q2 transistörleri emetör
bacaklarına geçirme yönünde seri olarak iki
diyod
konur.
Gerekli
görmezseniz,
koymayabilirsiniz.
BVBEO:
Transistörlerde
kollektör ucu açık iken
baz-emetör arası
delinme (İng. breakdown) gerilimidir. Buna
"devrilme" gerilimi de deniyor.
Astabıl
Mültivibratör
devresinde
transistörlerdeki eklemsel doyma ( = jonksiyon
saturasyon) gerilimleri savsaklanırsa (ihmâl
edilirse), kollektör ve baz akımları şu
bağıntılarla bulunabilir: Burada simetrik devre
halinde; R1=R2≡R ve Ry1=Ry2≡Ry ise
iletimde olan transistörle ilgili olarak; kollektör
akımı ve baz akımı
şöyle bulunabilir:
Ic ≈
Vcc
ve
Ry
Ib ≈
Vcc
R
2.İleri yöndeki minimum doğru-akım
transfer oranı :
Astabıl Mültivibratör olarak çalışmada
iletimdeki transistörü doymaya sokabilmek için
gerekli olan “akım transfer oranı” veya bir
başka deyişle "akım kazancı" olan
hFE
değerinin tanıtımını yapalım:
hFE : ( Emetör Montajında ) ileri akım tranfer
oranının durağan (= statik) değeri
( static value of the forward current
transfer ratio ( common emitter))
olarak
biliniyor.
Transistörlerin baz dirençleri , ne aşırı derecede
büyük ve ne de aşırı derecede küçük olmalıdır.
Baz direnci çok fazla küçük seçilmişse,
transistör hasara uğrayabilecektir. Eğer baz
direnci çok fazla büyük seçilirse devre osilasyon
yapamıyacaktır.
3.Transistörlerin
şartları :
doymaya
girebilme
Varsayımlarımız şunlar oluyor : Şekil
1’deki Q1 transistörünün iletimde veya bir
başka deyişle iletim konumunda (İng. ON state)
olduğunu ve VB1 ≈ VC1 ≈ 0 V (sıfır volt)
olduğunu kabul ediyoruz. Buna göre iletimdeki
transistörü doymaya sokabilmek için gerekli,
değerini şöyle
"akım kazancı" olan hFE
buluyoruz:
Vcc
Ry1
Vcc
Ib1(iletimde) ≈
R2
Ic1(iletim)
Minimum hFE1 =
Ib1(iletim)
R2
hFE1 =
ve
benzer
Ry1
R1
hFE 2 =
Ry 2
Ic1(iletimde) ≈
Simetrik
devrelerde
ve
şekilde
Ry1=Ry2=Ry
ve
R
R1=R2=R olduğundan hFE =
Ry
olarak bulunur.Transistörün kazancı ne denli
yüksekse, bu oran da o denli büyük
olabilecektir. Karesel köşeli dalga biçimlerin
dibelik kare (tam tamına kare) olabilmesi için
de yüksek kazançlı transistörler kullanmamız
gerekiyor.Sıcaklık değişmelerinden peryodun
etkilenmeyip kararlı çalışabilmesi için , tersyöndeki önsaptama (=kutuplandırma =polarma)
baz akımının (İng. reversed-bias base current)
baz direncinden geçen şarj akımından küçük
olması da gerekir.
4.Çeşitli Dalgalarla İlgili Tanıtımlar :
Aşağıda Şekil 4 ve Şekil 5'de çeşitli
dalga
biçimlerinin
bellibaşlı
özellikleri
görülüyor.
Şekil 4 Çeşitli dalga biçimlerin özellikeri aşağıda görülüyor..Üçgen dalga , kare dalga ve
sinus dalgası; ve peryot, frekans ve genlik görülüyor.
(Tektronix Inc., firmasının sungusu, A.B.D.) ( Courtesy of Tektronix Inc., USA )
Şekil 5.Yukarıdaki şekilde darbe genişliği (darbe süresi), darbe yükseliş süresi ve iki sinüs
dalgasına ilişkin faz açıları gösterilmektedir. Darbe genliğinin %10’undan %90’ına
erişmek için geçen süreye “darbe yükseliş süresi” olarak tanımlanmaktadır.
(Tektronix Inc., firmasının sungusu, A.B.D.) ( Courtesy of Tektronix Inc., USA )
5.Dikdörtgensel veya karesel dalganın
osilasyon frekansının ve peryodunun
bulunması :
Şekil 1’deki Astabıl Mültivibratör
devresi çıkışında üretilen dikdörtgensel
dalganın toplam periyodu ; T1
ve T2
sürelerinin toplamından oluşur :
T = T 1 + T 2 ≈ 0.69( R1.C1 + R 2.C 2)
T1 ve T2 sürelerinin (yarı periyodlarının) ayarı
belirli sınırlar içerisinde birbirinden bağımsız
olarak yapılabilir. Baz dirençleri transistörleri
doymaya sürebilmek için yeterli büyüklükte
akım geçirmelidirler. Bu durum kapasitörlerin
değerlerini belirlemektedir.
Astabıl Mültivibratör devresi simetrik
ise yani R1=R2=R
ve Ry1=Ry2=Ry ve
C1=C2=C ise dikdörtgensel dalganın frekansı
için şu bağıntıyı yazabiliriz.
f =
1
1
1
=
=
T 1 + T 2 2T 1 1.38 RC
Burada R(ohm), C(farad), f(Hz) birimindedir.
Görüleceği üzere, T1=T2 olduğundan karesel
dalga elde edilmiş olur. Buna göre, karesel
dalganın osilasyon frekansını şöyle yazabiliriz:
f ≈
0.725
RC
Bu ifadede R( kΩ ), C( µF ) alınırsa f( kHz )
olarak bulunur.
Simetrik halde osilasyon periyodu için
yukarıdaki bağıntıda T=2T1 yazarsak: karesel
dalganın periyodunu
T=
1
≈ 0.69 RC
f
bağıntısıyla buluruz..
Transistörlerde mevcut olan, özellikle
bacaklar arası kapasiteler örneğin kollektör-baz
arası gibi kapasiteler, MHz'lerin
daha
yükseğindeki
frekanslara
çıkılmasını
engellemektedir.
6.Karesel
dalganın
yuvarlaklığı :
dalgabiçiminin
Şekil 1’deki temel astabıl mültivibratör
devresinin ürettiği karesel dalganın köşeleri
gerilim değişkenlerinin üstel (eksponansiyel)
fonksiyona
göre
değişmesinden
ötürü
yuvarlakçadır.
Yuvarlak kısmın düzelinceye kadar
geçen süreye varış süresi (İng. recovery time)
dersek bu varış süresi tr; simetrik astabıl
mültivibratör olması halinde
tr ≈ 2.2 Ry.C
yazılır ve ayrıca yarı period T1; toplam
peryodun yarısına eşit olması halinde;
T1 =
T
= 0.69 RC
2
olur
ki
burada
dirençleridir.Dolayısıyla.
R=R1=R2
baz
tr
2.2 Ry
Ry
=
= 3 .2
T / 2 0.69 R
R
bulunur. Öyleyse tr varış süresi T1 yarı periyoda
oranının küçük olabilmesi için Ry/R oranının
yeterince küçük olması gerekir. Varış süresi;
yuvarlak biçimdeki karesel
dalganın
yuvarlaklığının başlaması ile yuvarlaklığının
bittiği an arasındaki süredir.İngilizce’deki
“recovery” sözü burada “yeniden eski
durumuna
gelme”
anlamındadır.
Bunu
“iyileşme” olarak kullananlar veya çevirenler de
vardır. Ne var ki yükseliş süresi (İng.rise time)
ile karışmaması için burada bu terim “varış
süresi” olarak ifade edilmiştir.
Şekil 6.Köşeleri yuvarlak olan dikdörtgensel dalga yukarıdaki şekilde görülüyor.T1=T2
alınırsa dalga karesel dalga sayılıyor.Varış süresi tr yukarıda görülüyor.
Kullanılan
transistörlerin
eklem-doyum
(jonksiyon saturasyon) gerilimleri savsaklanırsa
( ihmal edilirse )
Ic ≈
Vcc
Vcc
ve Ib ≈
Ry
R
bağıntıları
yazılır.
sağlayabilmek için
Ib ≥
Ic
hFE
alınmalıdır. Böylece .
Doyuma
girmeyi
R ≤ hFE.Ry ve
tr
3 .2
=
bulunur.
T 1 hFE
Sayısal Örnek : Tipik bir transistörde hFE(min)
=25 olsun. Kollektör akımı Ic=20 mA
geçirebilsin. Vcc=12 V olarak alalım.
Vcc
12
=
= 600 Ω
Ic 20.10 −3
Ic
Ib ≥
hFE (min)
Ry ≈
bağıntısından yararlanarak Ib ≥ 0.8mA olacak
şekilde seçebiliriz. Devrenin güvenilir bir
şekilde çalışabilmesi için baz direncini 12 kΩ
olarak seçebiliriz.
7.Karesel
dalganın
keskinleştirilmesi
için
teknikler :
köşelerinin
bellibaşlı
Osilatör çıkışının tam karesel şekline
yakın olabilmesi için birçok teknikler vardır.
Bunlardan bir tanesi Şekil 7’de görüldüğü gibi
diyodlarla dirençler (D1.R2.D2 ve R5)
bağlanıyor.
Şekil 8.Aşağıda uçları keskin kenarlı
karesel dalga üreten astabıl
mültivibratör devresi görülüyor.
Burada , Q1 ve Q2: AC128 veya 2N2706 veya
ASY70 transistörleri alınabilir.
Ry1=120 ohm; Ry2=220 ohm; R1=3 K .
Rp=220 ohm, D1=BA108, Vcc= 12 Volt
olabilir. C1 ve C2 kondansatörleri istenen
peryotlara göre seçilebilir.
Şekil 7. Karesel
veya dikdörtgensel
dalganın köşelerini keskinleştirmek için
oluşturulan
geliştirilmiş
astabıl
mültivibratör devresi aşağıda görülüyor.
Keskinleştirme amacıyla
D1 , D2 , R2 ve R5 bağlanmıştır.
Şekil 9.Astabıl Mültivibratörde çıkıştaki
dalgabiçimleri aşağıda görülüyor :
a) Normal astabıl mültivibratör çıkışı
(Şekil 1’deki)
b) Şekil 8’daki geliştirilmiş astabıl
mültivibratör çıkışı
Uçları keskin darbeli karesel dalga
üreten astabıl mültivibratörün devresi Şekil
(8)’da gösterilmektedir. Bunun için D1 diyodu
ile Rp direnci kullanılmıştır. Şekil (9)’de bu
devrenin ürettiği keskin kenarlı dikdörtgensel
dalga gösterilmiştir.
Astabıl Mültivibratörle yapaılan 100
kHz
cıvarına
kadar
ölçme
yapabilen
frekansmetrelerin (veya sayıcı devrelerin)
tasarımında gayet keskin eğimleri olan
dikdörtgensel kumanda darbelerine ihtiyaç
vardır.
Astabıl Mültivibratörlerin çıkışı, sayıcı
ve bölücü devrelere verilmezden once,
SCHMITT TETİKLEYİCİSİ (SCHMITT
TRIGGER) devresinden geçirilerek gayet
keskin köşeli darbeler elde edilmektedir.
8.Uygulamadaki Durum :
Uygulamada, ilk once devreleri
gerçekleştirirken her türlü koruyucu önlemler
(tedbirler) gözönüne alınmalıdır. Transistörler
uygun soğutucular ( heatsinks) üzerine monte
edilmelidir.
Bu
konularda
yarı-iletken
üreticilerinin
yayınları
dikkatle
gözden
geçirilmelidir. Pratikte gerçekleştirilen astabıl
mültivibratörlerde Ry1 ve Ry2 yük dirençleri
tipik olarak 50 ohm ile 33 kohm arasında
değerler almaktadır. R1 ve R2 baz dirençleri
yeterinden büyük seçilirse, devre osilasyon
yapamayacaktır. Baz dirençleri genellikle 1
Kohm ile 270 Kohm arasında tipik değerler
almaktadır. C1 ve C2 kondansatörleri veya
simetrik devre halinde C kondansatörü
ayarlanarak karesel
dalganın peryodunu
değiştirebiliriz. C1=C2=C kondansatörleri 68
pF ile 500 µF arasında tipik değerler almaktadır.
Özellikle Direnç Kaynağı Makinelerinin
saniyeler mertebelerindeki röle kumanda ve
zamanlama devrelerinde astabıl mültivibratör
devreleri yaygın olarak
kullanılmakatadır.
Astabıl Mültivibratörlerin osilasyon frekansı
yeterince kararlı tutulabilmesi için gerekli
önlemlerin alınması gerekir. Sıcaklık
değişmelerinden,
besleme
gerilimi
değişmelerinden,
transistor
parametrelerindeki
değişmelerden,
ve
osilatörün çıkışta yüklenmesinden ötürü
osilatörün frekans kararlığı olumsuz yönde
etkilenmektedir. Osilatörlerde
kullanılacak
devre elemanlarının kimyasal ve fiziksel
özellikleri, bunların çalışma sınırları ve
toleransları, frekans kararlığıyla ilişkilidir.
Aşağıdaki
çizelgelerde
pratikte
astabıl
mültivibratör
devrelerini
gerçekleştirirken
yararlı olabilecek
teknik bilgi ve veriler
sunulmuştur. Çizelge 2'de, Ry yük direnci için
en yakın standart dirençleri kullanabilirsiniz.
Çizelge 1. Simetrik Astabıl Mültivibratör devreleriyle ilgili olarak
çeşitli örnekler aşağıdaki çizelgeye alınmıştır :
Yük
Osilasyon Baz
frekansı
direnci
direnci
(Hz)
(ohm)
(ohm)
28
75000
405
32000
725 100000
26792
33000
48463
22000
81369
27000
Kondansatör Q transis.
(mikrofarad)
680
0,35 2N1373
1800
0,056 BC108
6800
0,01 2N1274
2200
0,00082 ACY23
1000
0,00068 2N1304
2000
0,00033 ASY26
Tipi Vcc
(V)
PNP
24
NPN
9
PNP
12
PNP
12
NPN
9
PNP
12
Birimlerle ilgili not : µF = MF =microfarad ; pF =µµF= pikofarad ; nF=nanofarad
−6
3
6
−12
anlamında olup 1 µF= 10 F= 10 nF= 10 pF ve 1pF=1µµF= 10 F ve
1µF=1000000pF; 1µF=1000nF olup pF : pikofarad; nF: nanofarad; µF : microfarad
demektir.
Çizelge 2.Temel Astabıl Mültivibratör devresiyle ilgili
tipik teknik değerler
f
R
C
Ry
frekans
Baz direnci
Kapasitör
Yük direnci
(Hz)
(ohm)
(microfarad)
(ohm)
9
45
330
395
725
1831
2197
7192
48463
150000
34000
220000
27000
100000
22000
15000
18000
22000
0.56
0.47
0.01
0.068
0.01
0.018
0.022
0.0056
0.0007
10000
2267
14667
1800
6667
1467
1000
1200
1467
Çizelge 3. Elektronik Org aygıtında ana osilatörün temel frekansları ve bunların
askatları: (Temel Frekanslar ardı-sıra hep ikiye bölünürse 12x8=96 adet birbirinden
farklı frekanslar elde ediliyor.)
TEMEL
FREKANS
OSİLATÖR (Hz)
SIRA NO: fo
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
7902
7458.6
7040
6644.8
6270.9
5919.9
5587.6
5274
4978
4698.6
4434.9
4186
TEMEL FREKANSIN ASKATLARI (Hz)
fo/2
3951.0
3729.3
3520.0
3322.4
3135.5
2960.0
2793.8
2637.0
2489.0
2349.3
2217.5
2093.0
fo/4
1975.5
1864.7
1760.0
1661.2
1567.7
1480.0
1396.9
1318.5
1244.5
1174.7
1108.7
1046.5
fo/8
fo/16
987.8
932.3
880.0
830.6
783.9
740.0
698.5
659.3
622.3
587.3
554.4
523.3
fo/32
493.9
466.2
440.0
415.3
391.9
370.0
349.2
329.6
311.1
293.7
277.2
261.6
fo/64
246.9
233.1
220.0
207.7
196.0
185.0
174.6
164.8
155.6
146.8
138.6
130.8
123.5
116.5
110.0
103.8
98.0
92.5
87.3
82.4
77.8
73.4
69.3
65.4
fo/128
61.7
58.3
55.0
51.9
49.0
46.2
43.7
41.2
38.9
36.7
34.6
32.7
12
Yukarıdaki çizelgelerdeki tüm hesaplamalar otomatik olarak bir çırpıda “Microsoft Excel 2000”
adlı uygulama programını kullanarak tarafımdan yapılmıştır. E.B.
Elektronik Org aygıtlarında 12 adet
temel frekansları Çizelge 3’de gösterilen 4186
Hz ile 7902 Hz'e kadar belirli frekansları kapsar.
Bu çizelgedeki frekansların, müzikteki ilgili
notaların karşılığı olduğunu belirtelim. Temel
frekansı ikiye bölmek, o frekansın bir "oktav"
aşağısını bulmak demektir. Nitekim, sesleri ve
ses denetimleri fevkalade mükemmel ve güzel
olan şarkıcıların: "Ben ayni şarkıda altı oktava
kadar çıkabilirim." diye
haklı olarak
övünmelerine tanık olabiliriz. Temel frekanslar ,
ikiye bölüne bölüne elektronik org için gerekli
olan tüm frekanslar (veya müzik notaları) elde
edilmektedir. Bu nedenle 12 tane ana osilatör
devresi oluşturulur. Bu ana osilatörlerden , öteki
frekanslar frekans bölücü devreler aracılığıyla
elde edilmektedir. Ana osilatörler,
temel
frekansları
karesel
dalga olarak üreten
genellikle astabıl mültivibratörlerdir. Orgun
minimum frekansı 32.7 Hz ve maksimum
frekansı 7902 Hz’dir. Ayak pedali ile 32.7 Hz
ile
349.2
Hz
arasındaki
frekanslar
üretilmektedir.
Ana osilatör darbe şekillendirici bir devreden
geçerek frekans bölücüleri tetikleyecek bir
biçime gelmektedir. Ana osilatör çıkışı ile
frekans bölücü çıkışları tuşlara bağlanmaktadır.
Tuşlara basıldıkça
edilecektir.
istenen
9.Gerilimi
Frekansa
modülatör devresi
notalar
elde
dönüştüren
Şekil 1’de temel astabıl devresinde R1
ve R2 dirençlerinin birleşen uçları Vcc
bataryasının negatif ucuna bağlanacağına, Şekil
2’de görüldüğü gibi, dıştan bir başka Vbb doğru
geriliminden de beslenebilir. Bu şekilde elde
edilen devrede eğer Vbb değiştirilirse karesel
dalganın osilasyon frekansı
şu bağıntıyla
bulunabilir :
f ≈
217
RC log(1 +
Vcc
)
Vbb
Bu ifadede log; 10 tabanına gore logaritmadır.
Baz direnci R (kohm) , C (microfarad) ve
osilasyon frekansı
f (Hz) birimindedir.
Vbb > Vbe(iletimde) seçilmek şartıyla
yukarıdaki bağıntı yazılmıştır. Genellikle tipik
olarak
Vbb〉 0.6volt
seçilmelidir.
Bu
özelliğinden dolayı doğru gerilim değişmelerini
frekansa
dönüştüren
devre
olarak
kullanılmaktadır ki bu devrelere “gerilimfrekans modulatörü” adı verilmektedir.
Örnek: Şekil 1’deki temel astabıl devresinde,
iki baz direncinin birleşen uçlarını Vcc besleme
kaynağına bağlayacağımıza, Şekil 2’de olduğu
gibi, gerilimi zamana gore değişen ve Vbb ile
göstereceğimiz başka bir gerilim kaynağına
bağlayabiliriz. Bu kaynak, karesel dalga üreten
bir başka astabıl mültivibratör de olabilir.
Ayrıca bu yeni devrede her iki emetör bacağına,
Re=1.2kohm’luk dirençler de
bağlayalım.
Böylece bu devrede emetör direnci Re=1.2
Kohm. baz direnci R=27 Kohm. Ry=5.6kohm.
C=0.039mikrofarad, Vcc=24 volt olsun ve baz
dirençlerinin birleştikleri düğüm ile şasi arasına
uygulanan Vbb geriliminin genliği 2 volt ile 8
volt arasında değişmiş olsun. Osilasyon
frekansını veren yukarıdaki bağıntıda bilinenler
yerlerine konursa hesaplama sonucu osilasyon
frekansı 185Hz ile 342 Hz arasında değişmiş
olacaktır.
güvenceli başlatabilme devresi oluşturulmuş
olunur.
iv) Astabıl Mültivibratör devresinde başlatma
sorunlarını (İng. starting problems) düzeltme
tekniklerinden biri devreye senkronizasyon
sinyali
uygulanmasıdır.
Devreye
senkronizasyon sinyali uygulanırsa devre
işlevini yerine getirecektir. Çok daha başka
yollar ve yöntemler de vardır.
Şekil 10. Emin-başlatımlı (İng.Surestarting) astabıl-mültivibratör devresi
aşağıdaki şekilde görülmektedir:
10.Osilatörü Başlatabilme Sorunlarını
Bellibaşlı Düzeltme Teknikleri :
Şekil
1’deki
Temel
Astabıl
Mültivibratör devresinde besleme gerilimini
sıfırdan başlayıp azar azar (tedricen) artırılarak
Vcc gerilimine erişilmeye çalışılırsa osilatör
tıkanma
konumuna
(İng.
off
state)
giremeyebilir. Her iki transistor aynı anda
doymada kalabilir.
Şimdi başlatma sorunlarının üstesinden
nasıl gelineceğine değinelim :
i) Besleme gerilimi aniden verilirse başlatma
sorunu olmayabilir.
ii) Herhalikarda astabıl mültivibratör devresinin
normal çalışmasını sağlayabilmek için Şekil
10’daki devre kullanılabilir.Bu amaçla temel
devreyi geliştirmek üzere D1 ve D2
kullanılmıştır. Baz dirençlerinin bir uçları
birleştirilerek D1 ve D2 diyodları yoluyla ayrı
ayrı yük dirençlerine verilmiştir. NPN
transistörleri kullanılacaksa
D1 ve D2
diyodlarının ve Vcc besleme geriliminin yönü
aksedilecektir.
Şekil 10’daki devrenin simetrik olması halinde .
osilasyon peryodu
ileri-yöndeki gerilimleri
savsaklanacak(ihmal edilecek) olursa tüm
dirençler (ohm) ve tüm kondansatörler (farad)
biriminde olup peryot T (saniye) birimindedir
ve ln üstel (eksponansiyel) tabana göre
logaritmadır :
T = 2 RC (
R + 2 Ry
Ry
) ln(2 + )
R + Ry
R
iii) Yukarıda gösterilen, Şekil 10’daki devrede
baz dirençlerinin birleşme noktası ile yük
dirençlerinin birleşme noktasına (Vcc besleme
kaynağı ucuna) (a) ile (b) uçları arasına bir
kondansatör bağlanmayabilir. Böylece yine de
Şekil 11. Aşağıda başlatma sorunu
giderilmiş devre görülmektedir.
vi) Eğer transistörler sadece doymanın ucuna
kadar sürülürse veya emetör bacağına küçük bir
direnç yerleştirilirse
mültivibratör hemen
hemen
daima
çalışacaktır.
Astabıl
mültivibratörün çalışmaya başlamasını veya
çalışmasını güvenceye alabilmek için Şekil
11’deki devre kullanılabilir. Bu devrede
transistörlerden biri doymada iken dirençleri
şöntleyen
kapasitörler
diğer
transistörü
doymaya sürebilecek kadar yeterince küçük
değildir. Bunun anlamı her iki transistor birden
iletim konumuna kilitlenmezler demektir. Bu
devrenin
dalga biçimleri genellikle temel
astabıl devresindekine benzer. Osiloskop
başında durumu görmek en iyisidir. Simülatör
üzerinde de osilasyon frekansı ölçülebilir.
(Kaynakça 7.)
Yukarıda gösterilen, Şekil 11'e örnek
bir devre olarak şunları verebiliriz. Ne var ki bu
örnekte Q1 ve Q2 transistörlerini PNP tipi
transistörler olarak seçiyoruz. Bu durumda
haliyle şekildeki batarya yönü ve elektrolitik
kondansatörlerinin yönü aksedilecektir. Q1 ve
Q2 için transistörleri; PNP tipi olarak ASY26
veya PNP tipi ASY27 veya PNP tipi 2N1305 de
olabilir. Vcc=12 volt; Ry1=2.2K; Ry2=1.8K;
C2=220pF; C1=270pF; R1=39K; R2=33K;
Rb1=39K; R1=39K; Rb1=39K; Rb2=10K;
Re1=220Ω;
Re2=220Ω;
Ce1=1.8µF;
Ce2=1.5µF alınabilir.
Yukarıda Şekil 12'de görülen T dikdörtgensel
dalganın periyodudur. Dikdörtgensel dalganın
seviyesinin iletim konumu ile kesim konumu
arasında gidip geldiği
görülmektedir.
İngilizcede "iletim konumuna" "ON STATE"
ve "kesim konumuna " da "OFF STATE" adı
verilmektedir.
Şekil 13'de aşağıda astabıl mültivibratör
devresinde darbe genişlik ayarı sağlayan tipik
bir devre görülmektedir. Daha başka devrelerle
de darbe genişlik ayarı yapılabilmektedir. Şekil
13'de
Rp
potansiyometresinin
değeri
değiştirilerek ayarlama yapılıyor. Görüleceği
üzere de Q2 transistörünün baz ucundan çıkış
alınıyor.
Şekil 13. Aşağıda Astabıl Mültivibratör
devresinde darbe genişlik ayarını
sağlayan devre görülmektedir.
11.Astabıl Mültivibratör Devrelerinde
Darbe Genişlik Ayarı :
Baz direnci ile kondansatörün çarpımı
zaman sabiti olup darbe genişliğini vermektedir.
Aşağıdaki
Şekil 12’de darbe genişliği
gösterilmiştir. Yine daha aşağıda; Şekil 13'de
darbe genişlik ayarını sağlayan devre
görülmektdir.
Doğru Akım Seri Motorlarının değişen
hız gereken uygulamalarında darbe genişlik
ayarlı
astabıl
mültivibratör
devreleri
kullanılmaktadır. Bir doğru akım seri
motorunun hızının ayarı yöntemlerinden biri
devresine seri olarak bir reosta bağlamaktır.
Elektronik yöntemle astabıl mültivibratörün
denetimiyle peryodik olarak açılıp kapanan ve
bir anahtar gibi çalışan reosta oluşturarak hız
denetimi yapılmaktadır
Şekil 12.Dikdörtgensel dalgada darbe
genişlikleri aşağıda gösterilmiştir.
Transistörler iletimde iken ve kesimde
iken darbe genliği de gösteriliyor. T
dalganın peryodudur.
Şekil 13'de prototipiniz için Q1, Q2 : PNP
tiplilerden 2N1038 veya 2N1373 veya ACY17
veya 2N1188 veya AD162 veya 2N2835
kullanılabilir. Ayrıca, Ry1=68 Ω , 5 W ;
Ry2=560 Ω , 5 W ; Rb=330 Ω, 5 W ; R2=220
Ω, 1.5 W; Rp=68kΩ, 1..5 W , lineer
potansiyometre; C1=0.68 µF , 50V; C2=8.2 µF,
50 V ; Vcc=24 volt ,
1. 5A
seçilebilir.Uygun soğutucu kullanınız
12.GERÇEKLEŞTİRECEĞİMİZ
PROTOTİP ASTABIL
MÜLTİVİBRATÖRLERİMİZİN
DOĞRU AKIM GÜÇ
KAYNAĞIYLA BESLENMESİ
Atölyemizde
"Astabıl
Mültivibratörlerin"
prototiplerini hazırlarken doğru akım güç
besleme kaynağına ihtiyacımız olacaktır. Bu
amaçla çeşitli yollara başvurabiliriz.
1. Pil ve batarya kullanabiliriz. Gerekirse
akümülatörlerden de yararlanabiliriz. Uzun süre
prototiplerimizi pillerle veya bataryalarla veya
akümülâtörlerle
beslemek
ekonomik
olmayabilir.
2. Doğru Akım Güç Besleme Kaynağının
tasarımını; belirleyeceğiniz teknik özeliklere
göre yapar ve gerçekleştirebilirsiniz. Bu şekilde
küçük güçlü transformatör tasarımı yapmanız
gerekebilir veya güç besleme tranformatörünüzü
piyasadan satın alabilirsiniz. Sonuçta "kendi
devrenizi kendiniz yapmış oluyorsunuz. "
Prototiplerimiz için; "Doğru Akım Güç Besleme
Kaynağı"nın
tasarımını
yapmak
ve
gerçekleştirmek ilginç ve zevkli olmakla birlikte
biraz zaman alabilir.
3. Bilgisayar piyasasında kimi zaman amatör ve
kimi zaman da profesyonel olarak çalışan bir
elektronikçi olarak, bilgisayar kasalarında
yaygın olarak kullanılan "Anahtarlamalı
Doğru Akım Güç Besleme Kaynakları"
(D.C. Switching Power Supply) ilgimi ve
dikkatimi çekti. "Mini kasa " veya "AT tipi
kasa" diye bilinen bilgisayar kasalarının
piyasamızdaki fiyatı yaklaşık, KDV dahil 37
USD'dir. Bu mini kasalar içerisinde elektrik
kablosunun yanısıra "anahtarlamalı güç besleme
kaynağı" bulunmaktadır. Çizelge 4'de bu mini
kasalarda kullanılagelen "Anahtarlamalı Güç
Besleme Kaynağının" teknik özelliklerini
veriyorum. Emin olmanız için, her zaman
gerekli sınama ve ölçmelerinizi yapmanızı
öneriyorum. Bu doğru akım güç besleme
kaynağı; kapalı olan metal kutu içindedir. Bu
metal kutu , vidalarını çözerek kolayca dışarıya
alınabilir. Bu kutunun boyutları: genişliği 15
cm, yüksekliği 8.5 cm ve uzunluğu 14 cm'dir.
Kutu içerisinde, bilgisayar sistemi çalışırken,
besleme devresini soğutmak üzere, küçüçük
fırçasız bir doğru akım motoru tarafından
döndürülen
7 cm lik çapı olan bir fan
(vantilatör) de vardır. Her nedense, bu besleme
devresinin şeması kasayla birlikte gelmiyor ve
de verilmiyor. Yeterli eğitimden yoksun
kişilerce metal kutunun açılmasını önlemek
üzere, metal kutu üzerinde, eğitimsiz personel
tarafından açılmamasına ilişkin bir de uyarı
yazısı
bulunmaktadır.
Çizelge 4. Bilgisayar Kasasındaki Besleme Kaynağının (Power Supply) özellikleri:
ANAHTARLAMALI BESLEME KAYNAĞININ BELLİBAŞLI TEKNİK
ÖZELLİKLERİ: (SWITCHING POWER SUPPLY) : GİRİŞ SADECE 220 V
ALTERNATİF GERİLİM (A.C.) : Şebeke frekansı 50 Hz
DOĞRU
GERİLİM
(DC)
KABLO
RENKLERİ
GÜCÜ(WATT)
150W
180W
200W
230W
250W
275W
+5V
-5V
+12V
-12V
±0
KIRMIZI
BEYAZ
SARI
MAVİ
SİYAH
15A
18A
20A
23A
25A
27A
-500mA
500mA
500mA
500mA
500mA
500mA
5.5A
7A
8A
9A
10A
10.5A
500mA
500mA
500mA
500mA
500mA
500mA
TOPRAK
TOPRAK
TOPRAK
TOPRAK
TOPRAK
TOPRAK
TOPRAK / İngilizce karşılığı GROUND terimi ile verilmektedir.
elektronik org için gerekli frekanslar (müzik
13.VARDAMALAR
notaları) çizelge halinde sunulmuştur.
(CONCLUSIONS)
Konuyla ilgili bellibaşlı kaynaklar
Bu makalede, astabıl mültivibratörler
aşağıda
KAYNAKÇA'da
verilmiştir.
tanıtılmıştır. Bu osilatörler tarafından üretilen
Günümüzde
artık
deneylerimizi
ve
karesel veya dikdörtgensel
dalganın
sınamalarımızı
sanal
ortamda
da
harmonikleri, uygulamalarda temel frekansın
gerçekleştirebiliyoruz.
Örneğin,
aşağıda
dokuzuncu harmoniğine kadar etkili olmaktadır.
Kaynakça
7'de
belirtilen
“Electronics
Bu yazıda; karesel veya dikdörtgensel dalganın
Benchwork” adlı bilgisayar programı özellikle
köşelerinin
keskinleştirilebilmesi için neler
çok gelişmiş ve çok zengin Elektronik ve Lojik
yapılabileceği
incelenmiştir.
Astabıl
Devre
Labaratuvarı
Simülatörüdür.
Bu
mültivibratörlerin çalışmaya başlatılabilme
simülatör
programından
yararlanarak
çoğu
sorunlarının
nasıl
halledilebileceği
deneylerimizi ve sınamalarımızı evdeki “kişisel
açıklanmıştır. Ayrıca, üretilen karesel veya
bilgisayarımızın” (PC) başında yapmamız
dikdörtgensel dalgada genişlik ayarının nasıl
mümkündür.
Bilgisayarın sanal ortamında
yapılacağı açıklanmıştır. Astabıl
deneyler
ve
sınamalar
(testler) yaparken hiç
Mültivibratörler kullanılarak Elektronik Org ve
endişe
etmemize
gerek
yoktur:
Yanlış bağlama
Sayıcı oluşturulmasına da değinilmiştir ve
veya yanlış hesaplama sonucu aşırı akım veya
aşırı gerilim uygulanması halinde, çok çok
simülasyonda kurduğunuz devrede durumu
göreceksiniz. Gerçek atölyenizde olduğu gibi,
devre
elemanlarınızdan
dumanlar
çıkmayacaktır. Çat pat diye hasara uğrayan
direnç, kondansatör veya transistör sesleri de
duymayacaksınız. En önemlisi, maddi bakımdan
zarar ziyana da uğramayacaksınız. :-)
Ne var ki, prototiplerinizi hazırlarken
sanal ortamlarda yapılan deney ve sınamaların
ardından “gerçek ortamda” – yani gerçek
atölyemizde veya gerçek labaratuvarımızda,
gerçek
durumu
belirlemek
gerekebilir.
Pratikteki
devrelerin
modellerini
veya
eşdeğerlerini "yeterince ve gereğince" doğru
olarak kurabilmek epeyce bilgi, epeyce beceri
ve epeyce de
birikim gerektirmektedir.
Özellikle, herhangi bir devrenin tasarımı ve
gerçekleştirilmesiyle de
ilgileniyorsak,
muhakkak gerçek ortamdaki durumu da görmek
hem hayli yararlı ve hem de kaçınılmaz
olacaktır .
Bu makalede yer alan şekillerin tüm
yazılarını bilgisayarda yazıp şekil üzerine
yerleştirebilirdim. Yıllar önce (1973-1974
Öğretim
yılında)
Lefkoşa'daki
Higher
Technical Institute'deki pedagoji sertifikası
(Certificate
in
Education)
hocamız
Dr.Th.DEMETRIOU
"Öğrencilerinize
elyazısı ile
ders notları ( hand-outs)
dağıtabilirsiniz. Birçok yönlerden tavsiye
edilir "diyordu. Şimdi ben bu şekillerin çoğunu
elyazısı ile yazdım. Ben de şöyle diyorum:
14.KAYNAKÇA
1. Eren BAŞARAN
“SES FREKANS TEKNİĞİ”
Temel Ders Kitabı.No:48,1981
967 sayfa.610 şekil.107 çizelge
Yayımlayan:T.C.Milli Eğitim Bakanlığı
İstanbul , TÜRKİYE
Astabıl Mültivibratörler : s.810-814
2.Jacob MILLMAN & Herbert TAUB
“PULSE. , DIGITAL AND SWITCHING
WAVEFORMS”
Devices and Circuits for their generation
and processing
Yayımlayan : McGraw-Hill Book Company,
Inc., A.B.D.
International Student Edition.1965
Astabıl Mültivibratörler: s. 438-451
3.Texas Instruments Incorporated
Edited by : Joseph A.WALTSON & John
R.MILLER
“TRANSISTOR CIRCUIT DESIGN”
Yayımlayan : McGraw-Hill Book Company.Inc.
, 1963 , A.B.D.
Astabıl Mültivibratörler : s. 377-380
4.Erich GELDER & Walter HIRSCHMAN
“CIRCUITS WITH SEMICONDUCTOR
COMPONENTS
VOLUME 2: DESIGNS OF LOW –
FREQUENCY AND
HIGH-FREQUENCY CIRCUITS.”
Yayımlayan: Siemens AG. Berlin & München ,
1969 , Almanya
Dağıtım: Siemens AG ZVW-Lager. Postfach
1500, D-8510 Fürth-Bislohe, ALMANYA
Astabıl Mültivibratörler : s.98-104
5.Anthony S.MANERA
“SOLID
STATE
ELECTRONIC
CIRCUITS:
FOR ENGINEERING TECHNOLOGY”
Yayımlayan: McGraw-Hill Book Company.Inc.
1973, A.B.D.
Astabıl Mültivibratörler s.633-638
6.R.A.GREINER
“SEMICONDUCTOR
DEVICES
AND
APPLICATIONS”
Yayımlayan:
McGraw-Hill
Book
Company.Inc. 1961, A.B.D.
Astabıl Mültivibratörler s.392-394
7.Interactive Image Technologies Ltd.
“ELECTRONICS BENCHWORK”
adlı bilgisayar programı 1996
Yayımlayan: Interactive Image Technologies
Ltd. 111 Peter Street. , Suite 801 Toronto.
Ontario. M5V2H1, KANADA
http://www.interactiv.com
e-posta adresi : [email protected]

Download Report