analog elektronik lab deney4 föyü

YÜZÜNCÜ YIL ÜNİVERSİTESİ
ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
ANALOG ELEKTRONİK LAB DENEY FÖYÜ
DENEY 4 # Temel Opamp Uygulamaları
1.AMAÇ: Opamp ile temel uygulamalar olan terslendiren (inverting) kuvvetlendirici,
terslendirmeyen (noninverting) kuvvetlendirici, gerilim takipçisi (voltage follower), fark
kuvvetlendiricisi ,integral ve türevleyici devrelerin uygulamasını yapmak.
2.ÖNÇALIŞMA:
 OPAMP’ın (TL084CN) datasheetini inceleyiniz
 Opamp nedir? Nerelerde Kullanılır? Araştırınız.
 Opamp ile bir sinyal en fazla ne kadar yükseltilebilir? Araştırınız.
3. TEORİ
3.1 Terslendiren (Inverting) Kuvvetlendiriciler
Şekil 4.1‟de görülen terslendiren kuvvetlendirici devresi bir geri beslemeli devredir. Geri
besleme sadece R1 direnci ile yapılmıştır. Opamp girişleri arasındaki fark çok küçük olup, bir
işaret kaynağı için opampın (-) girişi 0V potansiyelinde görülür. Bu yüzden (-) girişi ucu
görünürde toprak(virtual ground) olarak adlandırılır.Şekil 4.1 deki Ii akımı toprağa akıyormuş
gibi görünür. Fakat toprağa doğrudan yol olmadığından ve opampın giriş direnci çok yüksek
olduğundan dolayı bu akım R1 üzerinden akacaktır.Bu devreye ait temel bağıntılar aşağıda
verilmiştir.
V0=-Ii.R2 = -(Vi/R1)/R2
AV = V0/Vi= -R2/R1
Şekil 4.1 Terslendiren kuvvetlendirici devresi
3.2 Terslendirmeyen (Noninverting) Kuvvetlendiriciler
Şekil 4.2‟de terslendirmeyen kuvvetlendirici devresi görülmektedir. Bu devreye ait bağıntılar
aşağıda verilmiştir.
Vi=V1
Gerilim Kazancı=AC1=V0/Vin=(1+R1/R2)
Terslendirmeyen kuvvetlendirici herhangi bir faz farkı olmadan kuvvetlendirme işlemi yapar
ve yüksek empedanslı bir kaynağı düşük empedanslı bir yükten izole etmek için mükemmel
bir tampon (buffer) görevi yapar.
Şekil 4.2 Terslendirmeyen kuvvetlendirici devresi
3.3 Gerilim Takipçisi (Voltage Follower)
Şekil 4.3‟de devre bir gerilim takipçisi olup bu devrede yapılan geri besleme oranı 1‟dir.
Dolayısıyla bu devrenin kazancıda 1 olup sistemin girişi ile çıkışı aynıdır. Bu devre çok
yüksek bir giriş ve çok düşük bir çıkış empedansına sahip olup genellikle yüksek empedanslı
işaret kaynaklarını düşük empedanslı yüklere uyarlamada kullanılır. Devrenin çıkış ifadesi
aşağıda verilmiştir.
Vo=Vi
Şekil 4.3 Gerilim takipçisi
3.4 Toplayıcı Kuvvetlendiriciler
Şekil 4.4‟deki terslendiren kuvvetlendirici girişi şekil 4.4‟deki gibi iki veya daha fazla çoklu
giriş haline getirilirse sistem bu girişleri toplayan bir kuvvetlendirici olarak çalışır. Buradaki
her bir giriş çıkış işaretlerinin bir bileşeni oluşturacaktır. Şekil 4.4‟deki toplayıcı devresine ait
bağıntılar aşağıda verilmiştir.
V0 = -R3[V1/R1+V2/R2]
R3=R1=R2 için;
V0=-(V1+V2)
Bu tip toplayıcı devreler iki veya daha fazla işaretin cebirsel toplamının elde edilmesi veya
işaret kaynakları arasındaki izolasyonun iyi bir şekilde sağlandığı aynı anda iki veya daha
fazla ses işaretinin birlikte karıştırılması için kullanılır.
Şekil 4.4 Toplayıcı kuvvetlendirici devresi
3.5 Fark Kuvvetlendiricisi
Şekil 4.5‟de görülen fark kuvvetlendirici devresinin çıkışı aşağıda verilmiştir.
V0=V2-V1
Eğer istenirse çıkışın direnç oranlarının değiştirilmesi ile girişlerin farkı orantılanabilir. Bu
özellik bu devrenin enstrumentasyon ve işaret işleme uygulamalarında kullanılmasını sağlar.
Şekil 4.5 Fark kuvvetlendirici devresi
3.6 Türev Alma İşlemi
Bir türev alıcı devre, giriş işaretinin değişim hızıyla orantılı çıkış üreten bir devredir. Giriş
işaretinin genliği değişmiyorsa çıkış da üretilmeyecektir. Şekil 4.6’ de basit bir türev alıcı devre
görülmektedir.
Şekil 4.6 Türev alma devresi
Türev alıcıların tipik endüstriyel uygulamalarına işaret seviyesinde hızlı değişimlerle aynı
anda kontrol işaretlerinin üretilmesi ve değişim hızlarının ölçülmesi gösterilebilir. Türev
alıcılar aynızamanda işaret üretici devrelerde de kullanılmaktadır.
Şekil 4.6’ daki devrede Vin hızlı olarak değişiyorsa yüksek genlikli çıkış, yavaş olarak
değişiyorsa düşük genlikli çıkış üretilecektir. Eğer Vin değişmiyorsa çıkış olmayacaktır.
Sadece Vin’ in AC bileşenleri kapasitörden geçebilir. Herhangi bir anda çıkış gerilimi giriş
gerilimiyle şu şekilde bağlantılıdır:
Vo = - (Rf C) dVin / dt
dVin / dt, herhangi bir anda giriş işaretinin eğimi ya da değişim hızını ifade eder.
Matematiksel olarak bu ifade türev fonksiyonu olarak bilinir. Giriş işareti pozitif yönde
değişirken çıkış negatif, negatif yönde değişirken pozitif olacaktır.
Şekil 4.6’ deki türev alıcı devreyle ilgili temel problem, artan frekansla birlikte kapasitif
reaktansın azalmasıdır. Bu, frekansla beraber devre kazancının da artmasına sebep olur.
Reaktanstaki bu değişimden dolayı devre yüksek frekans gürültüsüne karşı çok duyarlıdır. Bu
yüksek frekans kazancına bir üst limit koymak için Rs direnci C ile seri bağlanır ve
maksimum çalışma frekansı
fmax = 1 / 2πRsC
ile sınırlanır (Şekil 4.7). Bundan daha yüksek frekanslarda C’ nin reaktansı ihmal edilecek
kadar düşeceğinden devre AC kuplajlı bir terslendiren kuvvetlendirici gibi davranır. R f ve C’
nin çarpımı dalga şeklinin periyoduna eşittir ve
Tperiyot = 1 / f = 1 / Rf C şeklinde yazılır.
Şekil 4.7 Düzenlenmiş türev alıcı devre
3.7 İntegral Alıcı Devreler
İntegral alıcı devrenin çıkışı, zaman artarken giriş eğrisinin altında kalan alanın bir
fonksiyonudur.Eğri altında kalan alan, işaret genliği zamanın çarpımıdır. İşaret giriş eğrisi
altında kalan alanzamanla artarsa, çıkış artar ve zaman azalırsa çıkış da azalır.
Şekil 4.8 Temel integral alıcı devre
Çıkış voltajı Vo, Vin ile
şeklinde ilişkilidir.
Şekil 4.9 Düzenlenmiş integral alıcı devre
DC kazancı sınırlamak için Rs’ nin devreye paralel ilavesi ile elde edilen şekil 4.9’daki
integral alıcının çalışma frekansı aşağıdaki fmin frekansı ile sınırlanır.
fmin=
fmin frekansından daha düşük frekanslar için devre, kazancı –Rs / Ri olan bir terslendiren
kuvvetlendirici gibi davranacaktır. Dalga şeklinin periyodu Rf ve C’ nin çarpımına eşittir ve
T=
olarak yazılır.
4.KULLANILACAK ELEMANLAR:



1 Adet OPAMP(TL084CN)
Toplayıcı devresi için: R1=R2=R3=5.5kΩ
İntegral devresi için: C=4.7µF Ri=5.5kΩ Rs=100kΩ
5.DENEYİN YAPILIŞI
3.4 Toplayıcı Devresinin İncelenmesi
Şekil 4.4‟deki devreyi kurunuz. Bu toplayıcı deneyinde biri AC, diğeri DC iki işaret
toplanacaktır. AC işareti Vpp=4V ve frekansı 1kHz ayarlayarak sinüzoidal işaret seçiniz
ve V1’ye bağlayınız(CH1). DC işaret olarak gerilim bölücünüzden 5V alınız ve V2’ye
bağlayınız. Osiloskop ayarlarını yapınız.
Çıkış işaretini osiloskoptan ölçünüz (CH2). İki işaretin toplamı olup olmadığını kontrol
edip giriş ve çıkış sinyalini ölçüm sayfasındaki Şekil 4.10 üzerine ölçekli olarak çizip kazancı
hesaplayınız.
3.9 İntegral Alıcı Devre Deney Çalışması
1-) Şekil 4.9’ daki devreyi kurunuz. Osiloskop ayarlarını bir DC konumda ayarlayınız. Giriş
işaretini işaret kaynağından Vpp =5V olacak şekilde bir kare dalga seçiniz.
2-) Devreye enerji verdikten sonra giriş ve çıkış işaretlerini faz ve genlik değerlerine dikkat
ederek inceleyiniz.
3-) Yarım periyot için
ifadelerini
hesaplayarak ölçüm değerleriyle karşılaştırınız.
Şekil 4.10 Toplayıcı Devresi
CH1 volt/div =
CH2 Volt/div =
Time/div =
Kazanç =

Download Report