sakarya Üniversitesi / İdÖ / hmyo/ elektrik ve endüstriyel … · 2014-12-28 · sakarya...

Sakarya Üniversitesi / İDÖ / HMYO/ Elektrik ve Endüstriyel Elektronik Prog.

Şekil 310: Subcircuit komutunu kullanılması durumunda oluşan devre.. 12.1. Dijital Devrede Subcircuit Oluşturma Örneği TASARIM 25 : Transistörlerden oluşan NOR (Veya Değil) kapısını subcircuit olarak oluşturalım. NOR kapısına uygulanan herhangi bir işaret 1 olduğunda çıkış 0 , girişlerin tümünün 0 olduğu durumda çıkış 1 olan kapıdır. NOR kapısının girişleri birbirine bağlanırsa İnverter gibi (not) olarak çalışır. 1.Aşama ; Malzemenin tasarım alanına getirilmesi. Malzemeler Select a Component penceresinden, Kaynak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan 2 adet DC_Power kaynağı, Direnç için ; Basic ana grubunun Resistor alt grubundan 100Ohm_5% dirençlerden üç adet, Anahtar için ; Basic ana grubunu altındaki Switch grubundan 2 adet SPST anahtarını, Transistör için ; Transistors ana grubunun TRANSISTOR alt grubundan 2 adet BJT_NPN_VIRTUAL transistörünü, Led_Red için ; Diodes ana grubunun LED alt grubundan LED_red ledini, Toprak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan 2 adet Ground topraklama elemanı, seçilerek tasarım alanına getiriniz.

Şekil 311: Seçilen malzemeler

2.Aşama ; Devre bağlantısının gerçekleştirilmesi, simülasyon ve doğruluk tablosunun kontrolü,

Bilgisayar Destekli Tasarım Uygulamaları / Hzr : H. Atabek 43


Şekil 312: Tasarlana devre ve simülasyon ve doğruluk tablosu

3.Aşama ; Subcircuit oluşturmak için özel devre içinde kalacak elemanların seçilmesi. Bu işlem için önce hangi elemanların blok dışı kalacağı ve hangilerin bloğa gireceğine karar verilir. Bu tasarımda A anahtarı, B anahtarı ve çıkış düğümü dışarıda kalacak şekilde blok seçimi yapılmıştır. Diğer tüm elamanlar subcircuit içinde kalacak şekilde aşağıdaki gibi seçilmiştir. Ayrıca subcircuit blok dışındaki uçlarına düğümler eklenerek bunlara devre takibi için etiket değeri eklenmiştir

Şekil 313: Subcircuit içinde kalacak elemanların mouse ile seçilmesi 4.Aşama ; Subcircuit oluşturmak için özel devre içinde kalacak elemanların seçtikten sonra ; araç çubuğundan Place menüsünden Replace by Subcircuit komutu çalıştırılarak ekrana gelen Subcircuit Name penceresinden isim verilerek özel devre başlatılır.

Şekil 314: Subcircuit isim penceresi

5.Aşama ; Subcircuit Name penceresine isim verilip OK tıklandığında seçili blok devreye bağlanacak şekilde mouse ucunda belirir, bu bloğu çalışma alanında istediğimiz yere tıklayarak bırakabiliriz. Ayrıca subcircuit devresinin bulunduğu bloğu içeren devre (seçili alan) ayrı bir çalışma alanında açılmıştır.



Şekil 315: NOR gate Subcircuit devresi

Aşağıda hazırladığımız özel devrenin ayrı bir pencerede açılmış halini görmekteyiz. İstersek bu devre üzerinde değişiklikler yapabiliriz. Yapılan değişiklikler tüm devre için geçerli olacaktır.

Şekil 316: NORgate Subcircuit devresinin çalışma sayfası

6.Aşama ; Eğer araç çubuğundan Place menüsünden Subcircuit komutu seçmiş olsaydık gene ekrana gelen Subcircuit Name penceresinden isim verilerek yaratacağımız özel devre bu sefer devre dışında bağımsız olarak oluşacaktır. Yani devremiz bozulmadan (hatları kopmadan) devre dışında özel devre meydana gelir. Bu özel devre bir evvelki komutta olduğu gibi gene ayrı bir çalışma penceresinde otomatik olarak açılacaktır. Gene istersek bu çalışma penceresinden devre üzerinde istediğimiz düzenlemeleri yapabiliriz.. Yarattığımız NOR kapısı orijinal NOR kapısı ile aynıdır. Sadece görünüş olarak sembolü farklıdır, istenilirse sembol edit yardımıyla özel devremizin sembolünü düzenleyebiliriz. (Education sürümünde bu komutun save kısmı kapalıdır.)

Şekil 317: Subcircuit komutunu kullanılması durumunda oluşan devre



13.3. TASARIM - 26 : Yarım Dalga Doğrultmaç Tasarımı AC (Alternative Current ) gerilim ile beslenen , yarı iletkenlerden oluşmuş birçok devrede kullanılan gerilim DC (Direct Curret) dir. Bu tür devrelerde AC gerilim doğrultmaçlar kullanılarak DC’ ye çevrilmesi gerekir. Doğrultmaçlar temel olarak ikiye ayrılırlar. 1-Yarım dalga doğrultmaçlar 2-Tam dalga doğrultmaçlar Tam dalga doğrultmaçlar da kendi aralarında kullanım şekline göre; 1-Orta uçlu transformatör yardımı ile, 2-Köprü tipi. Bu tasarımda yarım dalga doğrultmaç incelenecek, diğer tip doğrultmaçlar ise takip eden tasarımlarda ele alınacaktır. Yarım dalga doğrultmaçlarda, doğrultma elemanı olarak bir diyot kullanılır. 1.Aşama ; Malzemenin tasarım alanına getirilmesi. Malzemeler Select a Component penceresinden, Kaynak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan AC_Power kaynağı, Direnç için ; Basic ana grubunun Resistor alt grubundan 1.0KOhm_5% direnç, Toprak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan Ground topraklama elemanı, Diyot için ; Diodes ana grubundan Diodes_Vittual alt grubundan Diode_Virtual elemanı, Osilaskop için ; Instrument Toolbar araç çubuğundan seçilip, çalışma masa üstüne getirilmesi,


2.Aşama ; Devre bağlantısının gerçekleştirilmesi ve simülasyon,

Şekil 319: Yarım Dalga Doğrultmaç devre bağlantısı

3.Aşama ; Simülasyon sonucunun osilaskop ekranından izlenmesi ; Osilaskop’un ayar değerleri : Timebase :10ms/div Channel 1 : 5v/div, Y position : 2 Channel 2 : 5v/div, Y position : -2 Bu değerlerle ekranı her iki işareti tam olarak sığdırmış oluruz. Elde edilen görüntü aşağıdaki gibidir.



Şekil 320: Yarım Dalga Doğrultmaç devre osilaskop ekranı

Bu devrede 1 kohm’luk direnç üstüne düşen gerilim Doğrultulmuş DC gerilimdir. Bu gerilimin değeri ile girişe uygulanan işaretin RMS değeri arasında aşağıdaki eşitlik mevcuttur.

Vçk(ort) = 0,45 * Vgr(rms) ( RMS=Tepeden tepeye gerilim )

Vçk(tepe) = 0,32 * Vgr(rms) 13.4. TASARIM - 27 : Tam Dalga Doğrultmaç Tasarımı Yarım dalga doğrultmaçlarda, girişe uygulanan sinüzoidal alternanslarından biri kullanılmaz. Tam dalga doğrultmaçlarda ise her ikisi de kullanılır. 1.Aşama ; Malzemenin tasarım alanına getirilmesi. Malzemeler Select a Component penceresinden, Kaynak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan AC_Power kaynağı, Direnç için ; Basic ana grubunun Resistor alt grubundan 1.0KOhm_5% direnç, Toprak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan Ground topraklama elemanı 2 adet, Diyot için ; Diodes ana grubundan Diodes_Vittual alt grubundan Diode_Virtual elemanı 2 adet, Transformatör için ; Basic ana grubundan Transformator alt grubundan TS_Auido_VirtuaL elemanı 1 adet, Osilaskop için ; Instrument Toolbar araç çubuğundan seçilip, çalışma masa üstüne getirilmesi,



Şekil 322: Tam Dalga Doğrultmaç devre bağlantısı



3.Aşama ; Osilaskop’un Channal 1 ve 2 problarını (uçlarını) devredeki A ve B ve düğümlerine bağladığımızda orta uçlu transformatör çıkış uçlarında 180 derece faz farkı olduğunu osilaskop ekranından gözlemleyebiliriz. Timebase :10ms/div Channel 1 : 5v/div, Y position : 1 Channel 2 : 5v/div, Y position : -1

Şekil 323: Orta uçlu transformatör çıkış uçları

4.Aşama ; Osilaskop’un Channal 1 ve 2 problarını (uçlarını) devredeki C ve B ve düğümlerine bağladığımızda 1 kohm’luk direnç üzerindeki DC gerilim değeri osilaskoptan aşağıdaki gibi gözlemlenir. Timebase :10ms/div Channel 1 : 5v/div, Y position : 1 Channel 2 : 5v/div, Y position : -1

Şekil 324: TamDalga Doğrultmaç devre osilaskop ekranı Bu devrede, girişin pozitif alternanslarında D1 diyotu, negatif alternanslarında D2 diyotu iletime geçmektedir. Her iki alternansta yük direnci üzerinden akım aynı yöndedir. Bu durumda 1 kohm’luk yük direnci üzerindeki DC gerilim VRy (ort) yarım dalga doğrultmacın iki misli olacaktır.

VRy (ort) = 0,9*Vgr (rms)

13.5. TASARIM - 28 : Köprü Tipi Tam Dalga Doğrultmaç Tasarımı Bu tip doğrultmaçlar, orta uçlu transformatör gerektirmezler. Çıkış özellikleri diğer tam dalga doğrultmaçlarla aynıdır. AC gerilim kaynağının her iki alternansını da kullandıkları için tam dalga doğrultma işlemini gerçekleştirirler. 1.Aşama ; Malzemenin tasarım alanına getirilmesi. Malzemeler Select a Component penceresinden, Kaynak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan AC_Power kaynağı, Direnç için ; Basic ana grubunun Resistor alt grubundan 1.0KOhm_5% direnç, Toprak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan Ground topraklama elemanı 2 adet, Köprü Diyot için ; Diodes ana grubundan FWB alt grubundan 1B4B42 elemanı, Osilaskop için ; Instrument Toolbar araç çubuğundan seçilip, çalışma masa üstüne getirilmesi,





Şekil 326: Tam Dalga Doğrultmaç devre bağlantısı

3.Aşama ; Osilaskop’un Channal 1 ve 2 problarını (uçlarını) devredeki A ve B ve düğümlerine bağladığımızda köprü doğrultucu giriş ve çıkış (yük ucu) gerilim değişimini osilaskop ekranından gözlemleyebiliriz. Timebase : 10ms/div Channel 1 : 10v/div, Y position : 1 Channel 2 : 10v/div, Y position : -1.6

Şekil 327: Tam Dalga Köprü Doğrultmaç devre osilaskop ekranı

13.6. TASARIM - 29 : Kondansatörlü Filtre (Süzgeç) Tasarımı Bundan önceki yarım ve tam dalga doğrultmaç devre tasarımlarında görüldüğü gibi doğrultmaç çıkışı dalgalı doğru gerilimdir. Bu dalgalanmayı ortadan kaldırmak için filtre (süzgeç) devreleri kullanılır. Filtre devrelerinde kondansatör, bobin yada her ikiside kullanılabilir. Akım ve gerilim yükselirken kondansatör (veya bobin) üzerinde enerji depolanır, akım ve gerilim düşmesi esnasında ise kondansatör (veya bobin) depo ettiği enerjiyi yük üzerine verir. (burada sözü edilen gerilim yada akım değişimi sinüs dalgasındaki değişimdir) Dolayısıyla yük uçlarındaki gerilim daha düzgün bir DC gerilim olur. Filtre yapılırken kullanılacak olan kondansatör büyük kapasiteli olması doğrultma işleminin daha düzgün olmasını da sağlar. Kabul edilebilir dalgalanma gerilimi 100 mv dur. Tam dalga doğrultmaçlar, yarım dalga doğrultmaçlara göre daha iyi filtre ederler. Çünkü yarım dalga DC gerilimler de alternans arası boşluğun kondansatörle doldurulması zordur hemde daha büyük kapasiteler gerektirir. Bu tasarımda 28. tasarımda yaptığımız Köprü Tipi Tam Dalga Doğrultmaç Tasarımı kullanılarak yük direnci üzerindeki DC voltajdaki dalgalanmayı 100 microfarad’ lık paralel kondansatör ekleyerek filtreleme gerçekleştirilmiştir.



Devre elemanları ve bağlantı şekli aynı olup ek olarak kondansatör eklenmiştir. Eklenen kondansatörü ; Malzemeler Select a Component penceresinden, Basic ana grubunun CAP_ELEKTR.. alt grubundan 100mF_POL bulabilirsiniz, 2.Aşama ; Devre bağlantısının gerçekleştirilmesi ve simülasyon,

Şekil 328: Tam Dalga Doğrultmaç ve FİLTRE devre bağlantısı

3.Aşama ; Osilaskop’un Channal 1 ve 2 problarını (uçlarını) devredeki düğümlere bağladığımızda köprü doğrultucu giriş ve çıkış (yük ucu) gerilim değişimini osilaskop ekranından gözlemleyebiliriz. Timebase :10ms/div Channel 1 : 10v/div, Y position : 1.2 Channel 2 : 10v/div, Y position : -2.4

Şekil 329: Tam Dalga Doğrultmaç ve FİLTRE devresinin Osilaskop ekranı

4.Aşama ; Eğer kondansatör değerini 10 kat düşürmüş olsaydık yani 1000mF yapmış olsaydık (kapasitesini büyüttük) çıkış eğrisindeki dalgalanma daha da azalacaktı.

Şekil 330: 1000mf kondansatör kullandığımız taktirde yeni osilaskop ekranı



13.7. TASARIM - 30 : Gerilim Çoklayıcılar Tasarımı Gerilim çoklayıcılar (katlayıcılar) girişine uygulanan gerilimi çıkışında birkaç katı daha büyük doğru gerilim olarak veren devrelerdir. Bu tip doğrultuculardan alınan çıkış geriliminin filtre edilmesi çıkış geriliminin kararlı olmasını sağlar. En çok kullanılan gerilim çoğaltıcı devreler ikileyici, üçleyici, dörtleyici olan tiplerdir. Bu tasarımda gerilim ikileyici ele alınmıştır. Gerilim ikileyiciler uygulanan alternatif gerilimin maksimum değerinin iki katına eşit doğrultulmuş gerilim verirler. Gerilim ikileyici iki diyot ve iki kondansatörden oluşur. 1.Aşama ; Malzemenin tasarım alanına getirilmesi. Malzemeler Select a Component penceresinden, Kaynak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan AC_Power kaynağı, Direnç için ; Basic ana grubunun Resistor alt grubundan 1.0KOhm_5% direnç, Toprak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan Ground topraklama elemanı, Diyot için ; Diodes ana grubundan Diodes_Vittual alt grubundan Diode_Virtual elemanı 2 adet, Kondansatör için ; Basic ana grubunun CAP_ELEKTR.. alt grubundan 2 adet 330mF_POL bulabilirsiniz, Osilaskop için ; Instrument Toolbar araç çubuğundan seçilip, masa üstüne getirilmesi,



Şekil 332: Gerilim ikileyici devre bağlantısı

3.Aşama ; Osilaskop’un Channal 1 ve 2 problarını (uçlarını) devredeki düğümlere bağladığımızda gerilim ikileyici giriş ve çıkış (yük ucu) gerilim değişimini osilaskop ekranından gözlemleyebiliriz. Timebase : 20ms/div Channel 1 : 20v/div, Y position : 0 Channel 2 : 20v/div, Y position : 0

Şekil 333: Gerilim ikileyici tasarımının osilaskop ekranı



Osilaskoptaki eğriyi incelersek, çıkış DC değerinin giriş efektif değerinin iki katı kadar olduğu görülmektedir. Alınan bu doğru gerilim kullanışlı ve faydalı olabilmesi için filtre edilmesi gerekir. Alternatif gerilim negatif alternansında şasede pozitif olduğundan D2 diyotu iletime geçer ve C2 kondansatörü görülen polaritede alternatif gerilimin max. değerine yakın şarj olur. Pozitif alternansta ise, D1 diyotunun anodu hem girişteki alternatif gerilimden hemde C2 nin şarjından gelen pozitif polarma ile D1 diyotu iletken olur. Bu esnada D2 yalıtkan durumdadır. D1 diyotunun iletime geçmesi ile C1 kondansatörünün, C2 üzerindeki şarj gerilimi ile ve alternatif akım maksimum pozitif değerlerinin toplamı ile şarj olur. Böylece girişteki alternatif gerilimin maksimum değerinin iki katına eşit bir DC gerilim çıkıştan alınır. 4.Aşama ; Osilaskop ekranından aldığımız gerilimin değişimini istersek Analysis Graps penceresinden daha ayrıntılı olarak alabiliriz. Analysis Graps menüsünü Standart Toolbar’ dan bulabilirsiniz.

Şekil 334: Gerilim ikileyici tasarımının Analysis Graps ekranı 13.8. TASARIM - 31 : Zener Diyotla Yapılan Regüle Devreleri Doğru polarmada normal diyot gibi davranan, ters polarma gerilimi Uz değerine ulaştığı anda akım geçiren ve üzerindeki Uz gerilimini sabit tutarak gerilim regülasyonu yapabilen P-N birleşmeli bir yarı iletken elemandır. Zener diyot çalışma alanı, normal diyotların kırılma alanındadır. Zener diyotun en sık görülen kullanımı, akımın belirli bir gerilimden sonra başlaması (zener seri kullanılır) ve karşılaştırma işlemleri için sabit bir referans gerilimi sağlamasıdır. (zener paralel kullanılır.) Zener’in paralel kullanılması ile çıkış gerilimini belli bir değerde tutabilen regüle devre tasarımı aşağıdaki gibidir. 1.Aşama ; Malzemenin tasarım alanına getirilmesi. Malzemeler Select a Component penceresinden, Kaynak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan DC_Power kaynağı, Direnç için ; Basic ana grubunun Resistor alt grubundan 1.0KOhm_5% ve 330.0Ohm_5% direnç, Toprak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan Ground topraklama elemanı, Zener Diyot için ; Diodes ana grubundan Zener alt grubundan 1ZB8.2 elemanı , Ölçü aletleri için ; İndicators ana grubundan Voltmeter ve Ampermeter alt grubundan 1 adet voltmetre ve 3 adet ampermetreler, seçilmelidir.





Şekil 336: Zener diyotlu regüle devresi ve simülasyon

3.Aşama ; Devrenin regüle devresi olarak çalıştığını anlamak için devre DC kaynak değerini aşağıdaki tabloda belirtilen değerlere ayarlayıp, yük üzerindeki gerilimi ölçtüğümüzde aşağıdaki değerler elde edilir.

U Kaynak Gerilimi

U (ölçülen) R2 Üzerindeki Gerilim

15 V 8,221 V 16 V 8,242 V 20 V 8,300 V 25 V 8,344 V

Tablo 1: Çeşitli U değerlerine göre çıkış değerleri

Ölçüm değerlerinde görüldüğü gibi kaynak gerilimi artışına karşılık R2 gerilimi çok az değişmektedir. Devre R2 yük direncindeki gerilimi 8.25 V civarında sabit tutmaya çalışarak regülatör olarak görev yapmaktadır. Kaynak geriliminde ki artışlar R2 geriliminde fazla artış ortaya çıkarmadığına göre gerilim fazlası R1 direnci üzerine düşmektedir. V1 artışı ile zener den geçen akım zenerin max taşıması gereken akımı geçmemesi gerekir. Aksi takdirde zener bozulabilir. Veya daha güçlü zener kullanılmalıdır. 13.9. TASARIM - 32 : Beyzi Şase Yükselteç Tasarımı Beyzi şase yükselteçler de giriş işareti emiter ucundan uygulanır. Çıkış sinyali ise bir kondansatör yardımı ile kollektörden alınır. Bu tür devrelerde beyz-emiter arasına doğru yön polarması, beyz-kollektör arasına ise ters yön polarma uygulanır. Beyzi şase yükselteçlerin özellikleri şunlardır ;

-Gerilim kazancı yüksektir -Giriş empedansları çok küçüktür -Çıkış empedansları çok yüksektir -Akım kazancı 1’ den küçüktür. -Güç kazancı yüksektir

1.Aşama ; Malzemenin tasarım alanına getirilmesi. Malzemeler Select a Component penceresinden, Kaynak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan DC_Power kaynağı, Direnç için ;Basic ana grubunun Resistor alt grubundan 100.0kOhm_5% ve 2 adet 10.0kOhm_5% direnç, Kondansatör için ; Basic ana grubunun CAP_ELEKTR.. alt grubundan 1microF_POL , ve Capacitor alt grubundan 100nf kondansatörden 2 adet, Transistor için ; Transistors ana grubundan Transistors alt grubundan BJT_NPN_VIRTUAL elemanı, Toprak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan Ground topraklama elemanı, Osilaskop ve Sinyal Jeneratörü için ; Instrument Toolbar araç çubuğundan seçilip, çalışma masa üstüne getirilmesi,




2.Aşama ; Devre bağlantısının gerçekleştirilmesi,

Şekil 338: Beyzi şase yükselteç devresi bağlantı şeması

3.Aşama ; Simülasyonun yapılması için test cihazlarının ayarlanması, Sinyal Jeneratörü : 100 mV , frekansı 5 KHrz, Sinüzoidal dalga, Osilaskop : Timebase :100 microsn/div Channel 1 : 100 mV/div, Y position : 0 Channel 2 : 1 V/div, Y position : 0 4.Aşama ; Simülasyonun yapılması, osilaskop ekranı

Şekil 339: Devrenin gerilim kazancının osilaskoptan incelenmesi

Gerilimdeki kazanç değeri, osilaskop A ve B kanallarındaki genlik değerlerinin ayarlarına dikkat ederek yorumlayınız. Channel 1 : 100 mV/div, Channel 2 : 1 V/div 13.10. TASARIM - 33 : A Sınıfı Yükselteç Tasarımı Transistörün çalışma noktasının bulunduğu yere göre çalışma türü A, B, AB, C şeklinde sınıflandırılır.Giriş işaretinin çıkıştan alınma oranına göre sınıflandırmalar yapılır.Bu tasarımda A sınıfı ele alınmıştır ve emiteri ortak devre olarak tasarlanmıştır. A sınıfı çalışmanın en önemli özelliği giriş işaretine olan bağımlığıdır. Girişten verilen işaretin distorsiyona uğramadan alınması ancak verimin düşük olması söz konusudur. Bu tip yükselteçlerde Ic (kollektör akımı) ve Vc (kollektör gerilimi) yardımı ile çizilen grafiklerden yük doğrusu ve çalışma noktası bulunur. Bu çalışmada giriş sinyali bulunmasa bile kollektörden sürekli bir akım geçer. Bu yüzden verimi çok düşük ancak distorsiyon yoktur. 1.Aşama ; Malzemenin tasarım alanına getirilmesi. Malzemeler Select a Component penceresinden,



Kaynak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan DC_Power kaynağı, Toprak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan Ground topraklama elemanı, Direnç için ; Basic ana grubunun Resistor alt grubundan 33.0KOhm_5%, 6.2kOhm_5% , 1.5kOhm_5% ve 270kOhm_5% direnç, Kondansatör için ; Basic ana grubunun Capacitor alt grubundan 100nf kondansatörden 1 adet, Transistor için ; Transistors ana grubundan Transistors alt grubundan BJT_NPN_VIRTUAL elemanı, Osilaskop ve Sinyal Jeneratörü için ; Instrument Toolbar araç çubuğundan seçilip, masa üstüne getirilmesi,



Şekil 341: A sınıfı yükselteç devresi bağlantı şeması

3.Aşama ; Simülasyonun yapılması için test cihazlarının ayarlanması, Sinyal Jeneratörü : 500 mV (P_P), frekansı : 5 KHrz, Sinüzoidal dalga A ve B kanalalrını sinyal jeneratörünü ve çıkış gerilimini ölçebilecek uygun genlik ve zaman konumuna alınız, Değerler aşağıdaki gibidir ; Osilaskop : Timebase : 500 microsn/div Channel 1 : 2 V/div, Y position : 0 Channel 2 : 2 V/div, Y position : 0

Şekil 342: Devrenin gerilim kazancının osilaskoptan incelenmesi



Giriş ve çıkış işaretlerinden görüldüğü gibi, sinyaller arasında 180 derece faz farkı vardır. Distorsiyon yoktur. Gerilim kazancı yüksektir. 13.11. TASARIM - 34 : OP-AMP: Evirmeyen Yükselteç Olarak Kullanılması Operasyonel amplifikatörler (fark yükselteçler) transistor veya alan etkili transistörler, diyotlar, dirençler ve kondansatörler içeren IC devreler şeklinde üretilirler.Giriş empedansları çok yüksek 500 Mohm, çıkış empedansları düşüktür. Güç kazancı veya empedans dönüştürme işlemi yapabilirler. İki girişi vardır.Bu girişler (+) ve (-) olarak gösterilir. Bu girişler besleme girişleri değildir. IC devrenin sembol üzerinde gösterilen uçlardan başka iki adet besleme girişi vardır. Çıkış 0ff-set gerilimini sıfıra yaklaştırmak için, iki adet off-set kontrol girişi vardır. (Off-set gerilim, sinyal girişlerinin genlik değerleri aynı olduğu anda çıkışta oluşabilecek +/- gerilim değerleridir. Bu istenmeyen durumdur.) (+) giriş ucu, eviren giriştir.Bu girişe uygulanan sinyal çıkışa terslenerek aktarılır. (-) giriş ucu, evirmeyen giriştir. Bu girişe uygulanan sinyal çıkışa evirilmeden (aynı polaritede) aktarılır. Her iki girişe gerilim uygulanması durumunda çıkış, büyük genlikli gerilime sahip olan girişin etkisindedir. Evirmeyen yükselteç tasarımında; giriş evirmeyen uçtan yapılmaktadır. Op-amp’ ların bir özelliğide eviren ve evirmeyen girişlerin potansiyellerinin aynı olmasıdır. Yani (-) ve (+) girişlerine bir voltmetre bağlanırsa ölçülen gerilim sıfır olur. 1.Aşama ; Malzemenin tasarım alanına getirilmesi. Malzemeler Select a Component penceresinden, Kaynak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan 2 adet DC_Power kaynağı, Direnç için ; Basic ana grubunun Resistor alt grubundan 20.0KOhm_5%, 10.0kOhm_5% direnç, Op-Amp için ; Analog ana grubundan OPAMP alt grubundan 741 elemanı, Toprak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan 2 adet Ground topraklama elemanı, Osilaskop ve Sinyal Jeneratörü için ; Instrument Toolbar araç çubuğundan seçilip, masa üstüne getirilmesi,



Şekil 344: Op-Amp evirmeyen yükselteç devresi bağlantı şeması

3.Aşama ; Simülasyonun yapılması için test cihazlarının ayarlanması, Sinyal Jeneratörü : Vpp=1 V (P_P), frekansı 1 KHrz, Sinüzoidal dalga, A ve B kanalalrını sinyal jeneratörünü ve çıkış gerilimini ölçebilecek uygun genlik ve zaman konumuna alınız, Değerler aşağıdaki gibidir ; Osilaskop : Timebase :500 microsn/div Channel 1 : 2 V/div, Y position : 0 Channel 2 : 2 V/div, Y position : 0



Şekil 345: Osilaskop ekranı ; R1=10kohm R2=20kohm

Çıkış gerilimini Uç=Ug.(1+(R2/R1)) hesaplayabiliriz. Uç=1.(1+(20/10)=3Vpp dir.

Osiloskoptan ölçülen değerler Vg (p-p)=3.996 V , Vç (p-p)=11,989 V dir. 4.Aşama ; R2= 30 Kohm yapılarak simülasyonun yapılması, Osilaskop : Timebase :500 microsn/div Channel 1 : 5 V/div, Y position : 0 Channel 2 : 5 V/div, Y position : 0

Şekil 346: Osilaskop ekranı ; R1=10kohm R2=30kohm Çıkış gerilimini Uç=Ug.(1+(R2/R1)) hesaplayabiliriz. Uç=1.(1+(30/10)=4Vpp dir.

Osiloskoptan ölçülen değerler Vg (p-p)=3.996 V , Vç (p-p)==15,974 V dur. 5.Aşama ; R2= 150 Kohm yapılarak simülasyonun yapılması, Osilaskop : Timebase :500 microsn/div Channel 1 : 5 V/div, Y position : 0 Channel 2 : 5 V/div, Y position : 0



Şekil 347: Osilaskop ekranı ; R1=10kohm R2=30kohm

Çıkış gerilimini Uç=Ug.(1+(R2/R1)) hesaplayabiliriz. Uç=1.(1+(150/10)=16Vpp dir.

Osiloskoptan ölçülen değerler Vg (p-p)=3.994 V , Vç (p-p)=22,257 V dur. R2=150 kohm yaptığımızda çıkış sinyali kırpılmıştır. Bunun sebebi ; çıkışta elde edilen gerilim besleme kaynağına bağlıdır. Çıkış gerilimin besleme geriliminden yüksek olması beklenmemelidir. Çıkış gerilimi en fazla besleme geriliminin 1.5 V altında bir değere kadar elde edilebilir. Besleme gerilim sınırından dolayı kazanç kontrol edilmelidir. Çıkış gerilimi besleme gerilimi ile sınırlı olduğundan , çıkışta elde edilecek sinyalde kırpılmalar olacaktır. 13.12. TASARIM - 35 : OP-AMP: Karşılaştırıcı Olarak Kullanılması Operasyonel amplifikatörlerin çeşitli uygulamalarından biri olan karşılaştırıcı olarak kullanılmasında; Omp-amp Girişine gelen Ug1 ile Ug2 gerilimlerini karşılaştırır. Bu tür bağlantıda geri besleme yoktur. Ug1>Ug2 olduğunda ; eviren giriş gerilimin evirmeyen giriş geriliminden daha büyük olacağından, op-amp eviren giriş gerilimini tersleyerek çıkışa aktarır. Öıkış gerilimi negatif kaynağa yakın değer alır. Ug1<Ug2 olursa; Ug2 gerilimi terslenmeden çıkışa aktarılır.Çıkış gerilimi pozitif kaynağa yakın bir değer alır.

Ug1=Ug2 olduğunda ise ; çıkış gerilimi sıfır olur. Giriş gerilimlerinden biri veya ikisi negatif olabilir. Bu durumda gerilimlerin sayı değerleri karşılaştırılır. Örneğin Ug1=-2 V , Ug2=-1.8 V olsun. Bu durumda Ug1>Ug2 olur. Ug1 gerilimi terslenerek çıkışa aktarılır. Çıkış gerilimi pozitif kaynağa yakın bir değerdedir. Tasarımda Ug1 gerilimi zener diyot ile elde edilmiştir. 1.Aşama ; Malzemenin tasarım alanına getirilmesi. Malzemeler Select a Component penceresinden, Kaynak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan 2 adet DC_Power kaynağı, Direnç için ; Basic ana grubunun Resistor alt grubundan 10.0KOhm_5% iki adet, 2.2KOhm_5% ve Potentiometer alt grubundan 10K_LIN Op-Amp için ; Analog ana grubundan OPAMP alt grubundan 741 elemanı, Zener Diyot için ; Diodes ana grubundan Zener alt grubundan 02BZ2.2 elemanı , Toprak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan 1 adet Ground topraklama elemanı, Multimeter için ; Instrument Toolbar araç çubuğundan 3 adet seçilip,masa üstüne getirilmesi,





Şekil 349: Op-Amp ; karşılaştırıcı devre olarak devre bağlantı şeması 3.Aşama ; Çeşitli Ug2 gerilim değerleri için ölçümlerin yapılması, Ug2 giriş gerilim değeri R4=10 kohm potansiyometresi ile değiştirilmektedir Bu direnç değerini klavyeden atanan her hangi bir tuş ile artırılıp azaltılarak Ug2 gerilim değeri multimetreden takip edilerek Ug1 değerinden küçük, büyük ve eşit değerlere ayarlayınız ve çıkış gerilimin pozitif ve negatifliğini takip ediniz. Direnç artırım yüzde değerini Increment :%5 seçiniz, zener diyot gerilimine eşit gerilimi getirirken (bu değere yaklaşıldığında) ise hassas artım için Increment değerini %0.001 yapınız..

Şekil 350: Simülasyon sonuçları

Çeşitli Ug2 değerleri için Ug1 ile karşılaştırma esnasında ölçülen değerler aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Ug1 (Volt) Ug2 (Volt) Uçıkış (Volt) 2.081 12 microvolt -11.118 2.081 1.57 -11.118 2.081 2.081 0 2.081 2.4 11.118 2.081 5.4 11.118

Tablo 2: Çeşitli Ug2 değerlerine göre karşılaştırma sonuçları

13.13. TASARIM - 36 : OP-AMP: Tam Dalga Doğrultmaç Olarak Kullanılması Op-Amp’ların bir başka uygulaması da yarım ve tam dalga doğrultma işlemleridir. Diyotların 0.3 V tan küçük gerilimlerde iletime geçmemesi nedeniyle bu devrelere ihtiyaç duyulur. Yapılacak uygulamalarda görülmektedir ki maksimum değeri 100 mV olan sinyaller dahi rahatça doğrultulabilmektedir. Bu tasarımda tam dalga doğrultma amaçlanmıştır. Devre gerilim izleyici olarak çalışır. Bu nedenle herhangi bir yükseltme yapmaz.



1.Aşama ; Malzemenin tasarım alanına getirilmesi. Malzemeler Select a Component penceresinden, Kaynak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan 2 adet DC_Power kaynağı, Direnç için ; Basic ana grubunun Resistor alt grubundan 10.0KOhm_5% üç adet, Op-Amp için ; Analog ana grubundan OPAMP alt grubundan 3 adet 741 elemanı, Diyot için ; Diode ana grubundan Diodes_ alt grubundan 1N4001GP elemanı 2 adet, Toprak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan 1 adet Ground topraklama elemanı, Sinyal Jeneratörü ve Osilaskop için ; Instrument Toolbar araç çubuğundan seçilip, masa üstüne getirilmesi,


2.Aşama ; Devre bağlantısının gerçekleştirilmesi

Şekil 352: Op-Amp ; Tam dalga doğrultmaç olarak devre bağlantı şeması

3.Aşama ; Simülasyonun yapılması için test cihazlarının ayarlanması, Sinyal Jeneratörü : Vpp=100 mV (P_P), frekansı 50 Hrz, Sinüzoidal dalga A ve B kanallarını sinyal jeneratörünü ve çıkış gerilimini ölçebilecek uygun genlik ve zaman konumuna alınız, Değerler aşağıdaki gibidir ; Osilaskop : Timebase :5 msn/div Channel 1 : 100 mV/div, Y position : -0.8 Channel 2 : 100 mV/div, Y position : 0

Osilaskop ekranında görüldüğü gibi giriş ve çıkış işaretlerinin genlikleri aynı olup , 100 mV dur.



Şekil 353: Osilaskop ve Multimeter ekranı

13.14. TASARIM - 37 : Tristörün İletime ve Kesime Götürme Uygulaması Tristör, PNPN bileşimde tek yönlü akım geçiren, bir yarı iletken devre elemanıdır. Üç uçludur. Bunlar Anot, Katot ve Geyt uçlarıdır. Anot ucuna pozitif, katot ucuna negatif gerilim uygulanır. Geyt ucuna ise katoda göre pozitif gerilim uygulandığında tristör iletime geçer. Anot –katot kısa devre olarak ,küçük bir direnç gösterir. Tristör DC gerilimde bir kere tetiklendiğinde daima iletimde kalır, tetikleme gerilimi kesilse bile iletim devam eder.DC gerilimde iletimde kalmasının tek şartı anot akımının tristörü iletimde tutacak değerin üstünde olmasıdır. Tristörü iletimde tutacak en küçük akıma Tutma Akımı denir. Tristör AC gerilimde tek yönlü , anaduna pozitif alternans geldiğinde ve geyt ucuna tetikleme yapılırsa iletime geçer. Alternans bittiğinde akım kesileceğinden kesime gider. Yeni bir pozitif alternans geldiği zaman tekrar tetiklenirse iletime geçecektir. Tristörün bu özelliği ile özellikle Güç Elektroniği uygulamalarında en önemli eleman olmasını sağlar. Kontrollü doğrultma devreleri, AC kıyıcılar, DC kıyıcılar, eviriciler en önemli uygulamalıdır. Bu tasarımda Tristörü iletime geçirme ve kesime sokma uygulaması yapılarak çalışmasının öğrenilmesinin pekiştirilmesi amaçlanmıştır. 1.Aşama ; Malzemenin tasarım alanına getirilmesi. Malzemeler Select a Component penceresinden, Kaynak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan 1 adet DC_Power kaynağı, Direnç için ;Basic ana grubunun Resistor alt grubundan 100Ohm_5%, 10.0KOhm_5% ve 820 Ohm_5% dirençlerini, Tristör için ; Diodes ana grubundan SCR alt grubundan 2N6399 elemanı, Lamba için ; Indicators ana grubundan Lamp alt grubundan 12V_25W elemanı , Toprak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan 1 adet Ground topraklama elemanı, Anahtar için ; Basic ana grubundan Switch alt grubundan 4 adet SPST anahtar elemanı, Kondansatör için ; Basic ana grubundan Capacitor alt grubundan 1 adet 10 microF kondansatörünü seçip, masa üstüne getirilmesi.





Şekil 355: Tristör’ün iletime ve kesime sokma deney bağlantı şeması

3.Aşama ; Simülasyonun yapılması , anahtarlar açıp kapatılarak tristör’ün iletime ve kesime sokulması, dolayısıyla lambanın yanması ve sönmesi, A,B ve C anahtarları kullanılırken o an açıp kapatılmalıdır, yani kalıcı tip olarak değil ani temaslı çalıştırmalısınız.

Anahtar A

Anahtar B

Anahtar C

Anahtar D

Tristör Lamba

Açık Açık Açık Kapalı Kesimde Yanmıyor Kapanıp/Açılıyor Açık Açık Kapalı İletimde Yanıyor

Açık Açık Açık Kapalı İletimde Yanıyor Açık Açık Açık Açık Kesimde Yanmıyor

Kapanıp/Açılıyor Açık Açık Kapalı İletimde Yanıyor Açık Kapanıp/Açılıyor Açık Kapalı Kesimde Yanmıyor

Kapanıp/Açılıyor Açık Açık Kapalı İletimde Yanıyor Açık Açık Kapanıp/Açılıyor Kapalı Kesimde Yanmıyor

Tablo 3: Tristör’ün iletime ve kesime sokma anahtarlama tablosu

13.15. TASARIM - 38 : Bir Fazlı Yarım Dalga Kontrollü Doğrultucu Tristör’ü iletime geçirecek gerilimi 0 ile 180 derece kadarki artı alternansta vererek yarım dalga kontrollü doğrultulmuş gerilim elde edilir. Bu devrede tristör üzerinde oluşacak maksimum ters gerilimin değeri Vm dır. 1.Aşama ; Malzemenin tasarım alanına getirilmesi. Malzemeler Select a Component penceresinden, Kaynak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan 1 adet AC_Power kaynağı, Direnç için ; Basic ana grubunun Resistor alt grubundan 1.0KOhm_5% direnci, Tristör için ; Diodes ana grubundan SCR alt grubundan 2N6399 elemanı, Lamba için ; Indicators ana grubundan Lamp alt grubundan 12V_25W elemanı , Anahtar için ; Basic ana grubundan Switch alt grubundan 1 adet SPST anahtar elemanı, Osilaskop için ; Instrument Toolbar araç çubuğundan seçilip, Toprak için ; Sources ana grubundan Power_Sources alt grubundan 1 adet Ground topraklama elemanı, masa üstüne getirilmesi,



sakarya Üniversitesi / İdÖ / hmyo/ elektrik ve endüstriyel … · 2014-12-28 · sakarya...

Documents