Yıldız Teknik Üniversitesi - Elektrik Mühendisliği Bölümü Elektroniğe Giriş Laboratuvarı Deneyin Amacı İşlemsel kuvvetlendiricinin çalışma prensibinin anlaşılması ile çeşitli OPAMP devrelerinin uygulanması ve incelenmesi 3.1 Özet ve Motivasyon Pratikte yapılan uygulamalarda elde edilen sonuçlar düşük frekanslarda, ideal op-amp tanımına göre yapılan hesaplamalar ile yakın sonuçlar vermektedir. Ancak gerçek bir op-amp’da kazanç hiçbir zaman sonsuz olmadığı gibi, giriş ve çıkış dirençleri de belirli bir değere sahiptir. Böylece gerçek bir op-amp için çıkış gerilimi aşağıdaki bağıntı ile bulunur. 3.1.1 Operasyonel Amplifikatör (Op-Amp) Vs+ +Vs V+ - input Output + input + Vin_ Rin Rout GVin Vout + _ V- -Vs Vs- vout = G ( v in + − vin − ) vout = Gvin Gerçek bir op-amp’da uygulamalarda, op-amp’ın iç yapısında kullanılan elemanların kapasiteleri, frekans yükseldikçe kazancın düşmesine sebep olmaktadır. Bu durum op-amp’ın kalitesini belirlemektedir. Op-amp kataloglarında frekans ile kazanç eğrisi dikkate alınarak, çalışma frekansı belirlenmelidir. (Örnek bir çalışma frekansı-kazanç eğrisi Şekil 3.3’de verilmiştir). Çalışma frekansı belirlenirken dikkat edilmesi gereken diğer bir parametre slewrate(SR) yani yükselme hızıdır. Bu değer birim zamanda gerilimin artabileceği maksimum değeri gösterir ve hesaplanan değer katalogda belirtilen değerin üzerinde olmamalıdır. Şekil 3.1 : Op-Amp devresi genel gösterimi , Şekil 3.2 : Op-Amp devresi iç yapısı Şekil 3.2’de iç yapısı verilen bir OP-AMP için genellikle Şekil 3.1’de verilen gösterim kullanılmaktadır. Buna göre klasik bir OP-AMP’ın iki giriş ucu, iki besleme ucu ve bir çıkış ucu bulunmaktadır. Giriş uçları için ” +” uç eviren ve “–“ uç evirmeyen olarak da tanımlanabilir. Böylece Şekil 1’de verilen devre yapısı için v+ eviren, v- evirmeyen giriş gerilimleri, vin giriş gerilimleri farkı, Vs+ ve Vs- besleme geriliminin pozitif ve negatif bileşeni, Rin ve Rout giriş ve çıkış dirençleri, G kazanç ve vout çıkış gerilimidir. Herhangi bir işlemsel kuvvetlendiricinin çıkış ile girişi arasındaki bağıntı ideal op-amp tanımına göre yapılmaktadır. Buna göre ideal op-amp, giriş direnci sonsuz, çıkış direnci sıfır ve kazancı sonsuz olan bir işlemsel kuvvetlendiricidir. Buna göre ideal bir op-amp’da, giriş uçlarından akım akmadığı ve giriş gerilimlerinin eşit olduğu varsayılır. i in + = i in − = 0A v in + = v in − Şekil 3.3 : Kazanç-Frekans eğrisi (UA741-ST) deney 3 OP-AMP(operasyonal amplifikatör) veya işlemsel kuvvetlendirici, ilk olarak toplama, çıkarma, çapma, ortalama alma gibi çeşitli matematiksel işlemlerin gerçekleştirilmesi amacıyla geliştirilmiştir. İlk başlarda oldukça büyük hacimlerde ve maliyetli olarak üretilen OP-AMP’lar, zamanla yarı iletken teknolojisindeki gelişmelere bağlı olarak entegre olarak üretilmeye başlanmıştır. Böylece 1960’lı yıllardan itibaren işlemsel kuvvetlendiriciler daha az maliyetle ve daha düşük hacimlerde çeşitli ölçüm, haberleşme, kontrol sistemleri v.b .uygulama alanlarında yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Yıldız Teknik Üniversitesi - Elektrik Mühendisliği Bölümü Op-amp devreleri girişine uygulanan sinyale göre isimlendirilir. Buna göre pozitif uca sinyal uygulandığında eviren op-amp ve negatif uca sinyal uygulandığında evirmeyen op-amp ismini almaktadır. Her iki uca sinyal uygulandığında op-amp, fark gerilim kuvvetlendiricisi olarak çalışmaktadır. deney 3 3.2 Uygulama Bölümü : Elektroniğe Giriş Laboratuvarı 3.2.3 Eviren OP-AMP Deneyi İşlemsel kuvvetlendirici kullanılarak, girişe uygulanacak herhangi bir gerilimden çıkışta negatif kazançlı bir gerilim elde etmek mümkündür. Bunun için Şekil 3.4’de gösterilen op-amp devresi kurulabilir. Sunulan devrede besleme gerilimleri gösterilmemiş olup, devre çift kaynak ile beslenmektedir. R2 3.2.1 Deneyden Önce Yapılması Gerekenler İstenen bilgileri yaptığınız araştırmalardan anladığınız şeyleri özetleyerek el yazınız ile cevaplayınız. Bu bilgileri ön rapor olarak hazırlayıp deneye beraberinizde getiriniz. 1 Deneylere gelmeden önce, ideal op-amp tanımına uygun olarak, EVİRMEYEN, TOPLAYICI VE TÜREV ALICI op-amp deneylerinin giriş ve çıkış gerilimleri arasındaki bağlantıyı çıkartınız. 2 OP-AMP devreleri için birim kazanç-bant genişliği ne demektir? iR2 R1 Vgr - iR1 Vçk + Şekil 3.4 : Eviren OP-AMP devresi 3 İşlemsel kuvvetlendiricilerin tek kaynak ile beslenmesi durumda ne gibi sorunlar oluşur? Nasıl giderilir? Sunulan devrenin çıkış gerilimi ile giriş gerilimi arasındaki bağıntı, ideal op-amp tanımına göre aşağıdaki gibi yapılmaktadır. V− = V+ = 0V 4 5 V gr İşlemsel kuvvetlendiricilerin lineer olmayan uygulamaları nelerdir? i R1 = Karşılaştırıcı devresi ne demektir? Hangi uygulamalarda kullanılır? iR1+ iR 2 = 0 A 3.2.2 Gerekli Cihaz ve Elemanlar 741 Op-amp entegresi 1 adet 100 kΩ direnç 1 adet 4.7 kΩ direnç 1 adet 100 kΩ direnç 1 adet 1 kΩ direnç 1 adet 47 kΩ direnç 1 adet 100 nF (kutupsuz kondansatör) Breadboard Multimetre İletkenler ve R1 i− = i+ = 0 A iR 2 = Vçk R2 için i R1= − i R 2 V gr R1 =− V çk R2 V çk V gr =− R2 R1 Yukarıdaki ifadelere göre çıkış gerilimi ile giriş gerilimi arasında dirençlere bağlı olarak negatif kazanç elde edilmektedir. Yıldız Teknik Üniversitesi - Elektrik Mühendisliği Bölümü Elektroniğe Giriş Laboratuvarı V çk R2 =1+ V gr R1 Deneyin Yapılışı Masanın elektriksel bağlantısını kontrol ediniz. (Osiloskop, sinyal jeneratörünün elektriksel bağlantısı yapılmış olmalıdır.) 2 Besleme gerilimi olarak ±15V elde ettiğinizden emin olunuz. 3 Şekil 3.4 ‘de verilen op-amp devresini, R1=10kΩ ve R2=100kΩ olacak şekilde ve deney föyünün sonunda verilen LM_741 op-amp entegresinin bacak bağlantılarını dikkate alarak, board üzerine kurunuz. (Board üzerinde ortada bulunan soketlerin yukardan aşağıya doğru kısa devre olduğunu unutmayınız.) Deneyin Yapılışı 1 2 Masanın elektriksel bağlantısını kontrol ediniz. (Osiloskop, sinyal jeneratörünün elektriksel bağlantısı yapılmış olmalıdır.) Besleme gerilimi olarak ±15V elde ettiğinizden emin olunuz. 3 Şekil 3.5 ‘de verilen op-amp devresini, R1=10kΩ ve R2=47kΩ olacak şekilde ve deney föyünün sonunda verilen LM_741 op-amp entegresinin bacak bağlantılarını dikkate alarak, board üzerine kurunuz. (Board üzerinde ortada bulunan soketlerin yukardan aşağıya doğru kısa devre olduğunu unutmayınız.) 4 Sinyal jeneratöründen 1 V/ 1 khz değerlerine sahip sinüs dalgası elde ederek, Vgr gerilimini devrede ilgili yere bağlayınız. 5 Sinyal jeneratörünün ilgili sinyal çıkışını aktif ediniz. 4 Sinyal jeneratöründen 3 V DC gerilim elde ederek, Vgr gerilimini devrede ilgili yere bağlayınız. 6 Osiloskobun birinci kanalı ile giriş gerilimini, ikinci probu ile çıkış gerilimi aynı anda ölçerek ilgili alana çiziniz. 5 Sinyal jeneratörünün ilgili sinyal çıkışını aktif ediniz. 6 Çıkış gerilimini multimetre ile ölçerek raporda belirtiniz. 7 Rapor: Aşağıda verilen devrenin çıkış geriliminin bağıntısını çıkartarak, R1=10kΩ ve R2=100kΩ ile Vgr=1V/ 1kHz sinüs gerilim olacak şekilde simulasyon devresini kurunuz ve çıkış gerilimini elde ederek raporda sununuz. Elde edilen gerilimin tepe değerini yazınız. 7 Rapor: Aynı devreyi R2= 10 kΩ ve 47 kΩ için simulasyon programında oluşturunuz. Elde ettiğiniz çıkış gerilimlerini kaydederek raporda belirtiniz. Kazanç değerlerini yazınız. 3.2.4 Evirmeyen OP-AMP Deneyi İşlemsel kuvvetlendirici kullanılarak, girişe uygulanacak herhangi bir gerilimden çıkışta pozitif kazançlı bir gerilim elde etmek mümkündür. Bunun için Şekil 3.5’de gösterilen op-amp devresi kurulabilir. Sunulan devrede besleme gerilimleri gösterilmemiş olup, devre çift kaynak ile beslenmektedir. Vgr - + - R2 R1 Vgr Vçk R2 Vçk + Şekil 3.5 : Pozitif Kazançlı OP-AMP devresi R1 Elde ettiğiniz sonucu “Eviren OP-AMP” deneyi ile karşılaştırarak temel 2 farkı yazınız. deney 3 1 Yıldız Teknik Üniversitesi - Elektrik Mühendisliği Bölümü 3.2.5 Toplayıcı OP-AMP Deneyi deney 3 İşlemsel kuvvetlendirici kullanılarak, girişe uygulanacak gerilimleri toplayarak çıkışta negatif kazançlı bir gerilim elde etmek mümkündür. Bunun için Şekil 3.6’de gösterilen op-amp devresi kurulabilir. Sunulan devrede besleme gerilimleri gösterilmemiş olup, devre çift kaynak ile beslenmektedir. Vgr2 6 Çıkış gerilimini multimetre ile ölçerek raporda belirtiniz 7 Rapor: Aşağıda verilen devrenin çıkış gerilimi bağıntısını ideal op-amp bağıntılarını dikkate alarak çıkartınız. Giriş gerilimlerinizi sırasıyla 10V ve 3V ile tüm dirençleri 10 kΩ alarak çıkış gerilimi sayısal olarak bulunuz. Rf Rf R1 Vgr1 Elektroniğe Giriş Laboratuvarı - R2 Vçk Vgr1 R1 Vgr2 R2 - Vçk + + R3 Şekil 3.6 : Negatif Kazançlı OP-AMP devresi V V Vçk = −( gr1 + gr 2 ) Rf R1 R 2 Deneyin Yapılışı 1 2 3 3.2.6 Türev Alıcı OP-AMP Deneyi İşlemsel kuvvetlendirici kullanılarak, girişe uygulanacak işaretin türevini almak mümkündür. Bunun için Şekil 3.7’de gösterilen op-amp devresi kurulabilir. Sunulan devrede besleme gerilimleri gösterilmemiş olup, devre çift kaynak ile beslenmektedir. Masanın elektriksel bağlantısını kontrol ediniz. (Osiloskop, sinyal jeneratörünün elektriksel bağlantısı yapılmış olmalıdır.) Besleme gerilimi olarak ±15V elde ettiğinizden emin olunuz. Şekil 3.5 ‘de verilen op-amp devresini, R1= R2= R3= 10kΩ olacak şekilde ve deney föyünün sonunda verilen LM_741 op-amp entegresinin bacak bağlantılarını dikkate alarak, board üzerine kurunuz. (Board üzerinde ortada bulunan soketlerin yukardan aşağıya doğru kısa devre olduğunu unutmayınız.) Rf Cgr iF Vgr x iGR - Vçk + Şekil 3.7 : Türev Alıcı OP-AMP devresi 4 Sinyal jeneratörünün her iki kanalını kullanarak 3 V ve 5V DC gerilim elde ederek, Vgr1 ve Vgr2 gerilimlerini devrede ilgili yere bağlayınız. 5 Sinyal jeneratörünün ilgili sinyal çıkışını aktif ediniz. ܸç݇ = −ܴ݂. ݎ݃ܥ. ݀(ܸ݃)ݎ ݀ݐ Yıldız Teknik Üniversitesi - Elektrik Mühendisliği Bölümü Yukarıda verilen çıkış gerilimi bağıntısına göre türev alıcı devre, giriş geriliminin türevini alıp, -Rf.Cgr sabiti ile çarparak çıkış gerilimi elde edilmektedir. Bu tür devrelerde çıkış geriliminin elde edilmesi açısından sadece bu önemli değildir. Aynı zamanda yüksek frekanslarda kondansatör kısa devre olacağından yükselticin kazancı oldukça yükselmektedir. Bu devrenin düzgün bir şekilde çalışabilmesi için; Giriş işaretinin frekansı; 7 Rapor: Aynı devreyi girişine sinüs dalgası uygulayarak simulasyonda koyunuz. Elde edeceğiniz çıkış ve giriş gerilimlerini alt alta alarak yorumlayınız. Türev alıcı devrenin yüksek frekanslarda çalıştırılması sonucunda kondansatörün kısa devre olması ve kazancın yüksek değerler alması nasıl engellenir? Devre şemasını çizerek açıklayınız. Aşağıda verilen devrenin adını, çıkış geriliminin ifadesini bulunuz. Ayrıca simulasyon devresini kurarak girişine kosinüs işareti (1kHz/ 2Vt-t) uygulayarak çıkış gerilimini elde ediniz. olmalıdır. Bu değerden büyük değerlere sahip işaretlerde devre düzgün bir şekilde çalışamaz. R1=100 k Devrede zaman sabiti olarak tanımlanan Rf, Cgr çarpımına bağlı olarak giriş işaretinin periyodu bulunan değere yakın olmalıdır. Cf=0.01uF Rgr Deneyin Yapılışı 2 Vgr 1 Masanın elektriksel bağlantısını kontrol ediniz. (Osiloskop, sinyal jeneratörünün elektriksel bağlantısı yapılmış olmalıdır.) 2 Besleme gerilimi olarak ±15V elde ettiğinizden emin olunuz. 3 Şekil 3.5 ‘de verilen op-amp devresini, Rf=10kΩ ve Cgr=0,1µF olacak şekilde ve deney föyünün sonunda verilen LM_741 op-amp entegresinin bacak bağlantılarını dikkate alarak, board üzerine kurunuz. (Board üzerinde ortada bulunan soketlerin yukardan aşağıya doğru kısa devre olduğunu unutmayınız. 4 Sinyal jeneratörünü kullanarak 1 kHz, Vt-t=2V olacak şekilde üçgen dalga elde ediniz. 5 Sinyal jeneratörünün ilgili sinyal çıkışını aktif ediniz. 6 Giriş ve çıkış gerilimlerini osiloskop ile ölçerek raporda belirtiniz. 7 741 10 k Vçk 6 3.2.7 Buffer OP-AMP Deneyi Buffer veya gerilim izleyici devreler, giriş ve çıkış gerilimleri arasında kazancın 1 ve faz farkının olmadığı uygulamalardır. Özellikle sinyal izolasyonlarında kullanılır Vgr + Şekil 3.8 : BUFFER devresi Vçk deney 3 1 ݂݃≤ ݎ = ݂ܥ 2. ߨ. ܴ݃ ݎ. ݎ݃ܥ Elektroniğe Giriş Laboratuvarı Yıldız Teknik Üniversitesi - Elektrik Mühendisliği Bölümü Elektroniğe Giriş Laboratuvarı deney 3 Deneyin Yapılışı 1 Masanın elektriksel bağlantısını kontrol ediniz. (Osiloskop, sinyal jeneratörünün elektriksel bağlantısı yapılmış olmalıdır.) 2 Besleme gerilimi olarak ±15V elde ettiğinizden emin olunuz. 3 Şekil 3.8 ‘de verilen op-amp devresini, deney föyünün sonunda verilen LM_741 op-amp entegresinin bacak bağlantılarını dikkate alarak, board üzerine kurunuz. (Board üzerinde ortada bulunan soketlerin yukardan aşağıya doğru kısa devre olduğunu unutmayınız.) 4 Sinyal jeneratörünü kullanarak 1 kHz, Vt-t=2V olacak şekilde üçgen dalga elde ediniz. 5 Sinyal jeneratörünün ilgili sinyal çıkışını aktif ediniz. 6 Giriş ve çıkış gerilimlerini osiloskop ile ölçerek raporda belirtiniz. Türev Alma Devresi Giriş Gerilimi Çizilecek Grafikler ÇIKIŞDevresi GERİLİMİÇıkış Gerilimi Türev Alma Eviren OP-AMP Devresi Çıkış Gerilimi (her iki gerilimi de periyodu dikkate alarak çiziniz) BUFFER Devresi Çıkış Gerilimi
© Copyright 2024 Paperzz
![Vize sonucu (Entschiedene Langzeitanträge in Izmir) [pdf, 46.89k]](http://s3.paperzz.com/store/data/005037114_1-a588d28b00afa702e7feb758cacf62f8-250x500.png)
