Download - Bölüm 9 Çok Katlı Yükselteç Devreleri
9-2
Bölüm 9 Çok Katlı Yükselteç Devreleri
9.1 DENEYİN AMACI
(1) Çeşitli kuplaj tiplerine sahip yükselteçlerin çalışma prensiplerini anlamak.
(2) OTL yükselteç devresinin çalışma prensibini anlamak.
(3) OCL yükselteç devresinin çalışma prensibini anlamak.
(4) Yaygın şekilde kullanılan ses yükselteç tümdevrelerini anlamak.
9.2 GENEL BİLGİLER
9.2.1 Yeni Terimler:
(1) OTL Yükselteç: (Output Transformer Less AMP), Çıkış ucunda çıkış
transformatörü bulunmayan yükselteç.
(2) OCL Yükselteç: (Output Capacitor Less AMP), Çıkış ucunda çıkış
kondansatörü bulunmayan yükselteç.
(3) Frekans tepkisi: Bir yükseltecin, farklı frekans bölgelerinde yükseltme
yapabilme yeteneğini ifade eder. Yükselteçlerin
genellikle yüksek ve alçak frekanslardaki yükseltme
yetenekleri zayıftır.
(4) Isıl döngü zararı: Yarıiletken transistörün iletim akımı, sıcaklık artışıyla
birlikte artacaktır. Bununla birlikte, akımın artışı da
sıcaklığın artmasına neden olacak ve böylece bir
sıcaklık-akım döngüsü ortaya çıkacaktır. Sonuç olarakta
transistör zarar görecektir.
9-3
(5) Verim: Yükselteç tarafından dönüştürülen AC gücün, bu yükselteç
tarafından harcanan DC güce oranıdır.
% ή
100%
Daha yüksek verimli yükselteç, daha çok enerji tasarruf eder.
9.2.2 Temel Prensip:
Yükselteçlerde üç tür kuplaj (bağlantı) yaygın olarak kullanılır:
1. RC bağlantı.
2. Transformatör bağlantı.
3. Doğrudan bağlantı.
(1) RC bağlantı
1) Şekil 9.1(a), iki katlı RC kuplajlı yükselteç devresini göstermektedir.
Birinci katın yükü Rc1 direncidir ve Cc kondansatörü, birinci katın
çıkış sinyalini, ikinci kata bağlamak için kullanılmaktadır.
2) Cc Kuplaj Kondansatörünün İşlevi: Cc, DC gerilim için açık devre gibi
davranır ve DC bileşenler engellenmiş olur. (XC = 1/(2πfC ve ≅ 0
olduğu için XC sonsuza yaklaşır). Diğer yandan Cc, AC işaret için kısa
devre gibi davranır, çünkü AC için f daha büyük ve buna uygun olarak
XC daha küçüktür. Cc kondansatörünün değeri genellikle 2 ~ 50 μF
aralığındadır. DC bileşenler bu kondansatörler tarafından yalıtıldığı
için, öngerilim devreleri birbirlerinden bağımsız olurlar.
3) Avantajları:
Bu kuplaj türü basit ve ucuz olup, küçük hacimli devre elde etmeye
elverişlidir ve en yaygın kullanılan kuplajlama yöntemidir.
Bu kuplaj türünün frekans tepkisi mükemmeldir.
Bu kuplaj türünde gürültü ve manyetik indüksiyonun sebep olduğu
vınlama daha düşüktür.
Dezavantajları:
Düşük frekans bölgesindeki kuvvetlendirme, kuplaj kondansatörü
tarafından sınırlanır (Xc = 1/(2πfC olduğu için, düşük frekansta çok
büyük XC, işaretin önemli derecede zayıflamasına yol açar).
Yük direnci büyük miktarda DC güç tüketeceğinden, bu kuplaj türü
yalnızca düşük-güçte kuvvetlendirme yada gerilim kuvvetlendirme
için uygundur.
Bu kuplaj türünde verim düşüktür, çünkü biribirini takip eden
katlardaki transistör empedanslarını eşleştirmek kolay değildir.
9-4
(2) Transformatör bağlantı
Şekil 9.3'te gösterildiği gibi transformatör, iki katın DC öngerilimlerini
yalıtmak için kullanılırken, aynı zamanda sinyal aktarıcı ve empedans
uydurucu olarak da görev yapar.
1) Transformatörün temel karakteristikleri Şekil 1.de gösterilmiştir.
Sarım sayısı gerilimle doğru orantılıdır:
V1 / V2 = N1 / N2
Sarım sayısı akımla ters orantılıdır:
I2 / I1 = N1 / N2
Empedans oranı, sarım sayıları oranının karesine eşittir.
Z1 / Z2 = (N1 / N2)2
Şekil 1
2) Avantajları:
Bu kuplaj türünde empedansları denkleştirmek kolaydır ve gerilim
artırıcı veya gerilim düşürücü olarakta görev yapabilir.
Bu kuplaj türü, yüksek verim ve yüksek güç özelliklerine sahiptir.
Bu kuplaj türünde, ardışık iki katın DC gerilim etkileşimlerini ortadan
kaldırmak kolaydır.
Dezavantajları:
Çıkış transformatörü kullanıldığı için, RC kuplajlı yükseltece göre
daha fazla yer kaplar.
Çıkış transformatörünün endüktif bir eleman olması ve bobinler
arasında kondansatör bulunması nedeniyle frekans tepkisi zayıftır.
RC kuplajlı yükseltece göre daha pahalıdır.
(3) Doğrudan bağlantı
Şekil 9.2’de gösterildiği gibi, önde gelen katın çıkışı, bir sonraki katın
girişine doğrudan bağlanmıştır.
1) Doğrudan kuplaj yöntemi aşağıdaki iki prensibe uymak durumundadır:
DC öngerilimleme uyumlu olmalıdır.
Birbirini takip eden iki katın akım yönleri uyumlu olmalıdır.
9-5
Giriş sinyal dönüştürücü
Çıkış sinyal dönüştürücü
Büyük sinyal
yükselteci
Küçük sinyal
yükselteci
GİRİŞ ÇIKIŞ
2) Güç kaynağının gerilimi kararlı olmalıdır. Silisyum transistörler, düşük
sızıntı akımı ve yüksek kararlılık özelliklerine sahip olduğu için,
silisyum transistörler kullanmak daha uygundur. Aksi takdirde ardışık
katlar arasında zincirleme tepkimeler meydana gelerek devre
bozulabilir.
3) Avantajları:
Kuplaj devresinin kayıplarını azaltabilir.
L ve C elemanlarının neden olduğu faz kaymasını azaltabilir.
Bu kuplaj türü, L (XL) ve C (XC)’nin etkisi olmadan, alt frekansı
neredeyse sıfır Hz’e kadar uzanan çok geniş bir frekans tepkisine
sahiptir. Bundan dolayı bu devre, DC’ye yakın çok düşük frekanslı
işaretleri kuvvetlendirmek için kullanılabilir.
Dezavantajları:
Yükselteçteki ardışık kat sayısı sınırlanmalıdır. Çünkü, sıcaklık
değişimine bağlı olarak, herhangi bir kattaki IB değişimi, devrenin
tamamında önemli ölçüde kararsızlığa neden olur.
Seçilen elemanların karakteristik değerleri, mümkün olduğunca
doğru olmalıdır. Aksi takdirde kolaylıkla gürültü ve güç zayıflaması
ortaya çıkar.
Yükselteç ve Kazanç
(1) Yükselteç sisteminin blok diyagramı
1)
Giriş sinyal dönüştürücü: fiziksel sinyali (ses....) elektriksel sinyale
çevirir.
Küçük-sinyal yükselteci: giriş sinyali için uygun doğrusal güç
yükseltmesi sağlar ve gerilim
kazancını artırır.
Büyük-sinyal yükselteci: çıkış aygıtlarını sürmek amacıyla, küçük
sinyal yükseltecin çıkışı için güç
kuvvetlendirmesi sağlar.
Çıkış sinyal dönüştürücü: büyük sinyal yükseltecinin çıkışındaki
sinyali, çıkış aygıtının empedansı ile
uyumlu hale getirir.
9-6
2) Büyük sinyal yükseltecine aynı zamanda güç yada akım yükselteci de
denir.Bu yükselteç ile ilgili değerlendirmeler çoğunlukla güç verimliliği,
maksimum güç kapasitesi ve çıkış empedans eşlemesi hakkındadır.
(2) Yükseltecin kazancı: Yükseltme faktörü, çıkış sinyalinin giriş sinyaline
oranıdır.
1) AV (gerilim kazancı): Çıkış geriliminin giriş gerilimine oranıdır.
AV=VO/Vİ
2) Ai (akım kazancı): Çıkış geriliminin giriş gerilimine oranıdır.
Ai=IO/Iİ
3) AP (güç kazancı): Çıkış geriliminin giriş gerilimine oranıdır.
İ İ
İ
(3) Desibel: Desibel, kulağın sese karşı hassasiyetini belirten logaritmik bir
ölçüdür ve dB ile gösterilir.
1) 0 dB : 600Ω’luk yük üzerinde tüketilen güç 1mW iken, uygulanan
gerilimin 0.77V olmasına karşılık gelir.
2) | | 10 İ⁄
3) | | 20 İ⁄
4) | İ| 20 İ⁄
5) dBm : 600Ω’luk direnç referans yük ve 1mW’lık güç referans seviye
olarak kullanıldığında hesaplanan dB değeri.
(4) Kaskat sistemin kazancı ve dB’i:
Şekil 2 Kaskat sistem
1) Kaskat sistemin toplam kazancı
(1) AVT=AV1AV2….. (4) ∣AVT∣dB=∣AV1∣dB + ∣AV2∣dB+…….
(2) AIT=AI1AI2……. (5) ∣AIT∣dB=∣AI1∣dB + ∣AI2∣dB+…….
(3) APT=AP1AP2…... (6) ∣APT∣dB=∣AP1∣dB + ∣AP2∣dB+…….
2) dB değerinin pozitif olması, devrenin kazanç yada yükseltme
sağladığı, negatif olması ise zayıflatıcı olarak çalıştığı anlamına gelir.
Örnek: log1=0, log2=0.3, log3=0.477, log10=1 1
2
⇒ | | 20 20
1
220 1 20 2
0 6 6
0.707 ⇒ 20 0.707 3
9-7
Yükseltecin Frekans Tepkisi
(1) Yükseltecin kazancı için, referans olarak orta frekans bölgesi
kullanılırken, düşük yada yüksek frekanslarda kazanç değeri düşer.
Düşük frekanslar, örneğin RC kuplajlı yükselteç için, kuplaj
kondansatöründen etkilenecektir (çünkü XC = 1/2πfC, f↑ Xc↓ ); yükseltme, giriş kondansatörü ve yüke paralel olan transistörün dağıtım
kondansatöründen etkilenir (f↑ Xc↓) ve kazanç azalır. Frekans tepkisi
Şekil 3.te örnek olarak gösterilmiştir.
Şekil 3
(2) Orta frekans bölgesindeki kazanç, 1 (0dB) olarak ayarlanırsa, AV’nin
0.707 olduğu (FL, FH) noktaları yarım güç noktaları olarak adlandırılır.
FL : alt 3-dB frekansı yada alt kesim frekansı olarak ifade edilir.
FH : üst 3-dB frekansı yada üst kesim frekansı olarak ifade edilir.
BW (Bant genişliği) : BW=FH – FL
Büyük Sinyal Yükselteci
(1) Yükseltecin çalışmasına bağlı olarak sınıflandırma ve bozulma
1) Öngerilimlemenin durumuna bağlı olarak güç yükselteçleri A Sınıfı,
AB Sınıfı, B Sınıfı ve C Sınıfı olarak sınıflandırılırlar. Ayrıca, sürme
kapasitesini arttırmak için push-pull yükselteçler tasarlanmıştır.
Aşağıda bu dört tip yükselteç için bir karşılaştırma verilmiştir:
9-8
A Sınıfı
Çalışma Noktasının Konumu
1. Öngerilimleme doğrusal bölgededir ve giriş işareti
salınımı da aynı zamanda doğrusal bölgede yer alır.
2. Çalışma noktası yük doğrusunun orta noktasıdır
(kollektör tüm periyot boyunca mevcuttur).
Avantajları
1. Yükseltme tek bir transistörle gerçekleştirilebilir.
2. En düşük gürültü seviyesine sahiptir.
Dezavantajları
1. Verim en düşüktür (%25).
2. Harmonik bozulmayı engelleyemez.
3. Sükunet noktasında çok fazla güç tüketir.
4. Büyük güç yükseltmesi için elverişli değildir.
Uygulama Alanı
Düşük güçler için yükseltme
9-9
B sınıfı
Çalışma Noktasının Konumu
1. Doğrusal bölgeyle kesim bölgesinin kesişimindedir ve
giriş işareti salınımının bir yarısı doğrusal bölgede
diğer yarısı kesim bölgesindedir.
2. Çalışma noktası kesim noktasındadır (çıkış kolektör
akımı pozitif çevrimde mevcuttur).
Avantajları
1. Harmonik bozulma engellenebilir.
2. Büyük güç yükseltmesi gerçekleştirilebilir.
3. Verim daha yüksektir (%78.5).
4. Sükunet noktasında güç tüketimi yoktur.
Dezavantajları
1. Kuvvetlendirme sadece tamamlayıcı konfigürasyonla
elde edilebilir.
2. Geçiş bozulması mevcuttur.
Uygulama Alanı
Büyük güçler için yükseltme
9-10
AB Sınıfı
Çalışma Noktasının Konumu
Çalışma noktası yük doğrusuyla kesim noktası
arasındadır.
Avantajları
Push-pull yükseltme için B Sınıfının yerine kullanılabilir
ve geçiş bozulması problemini ortadan kaldırır.
Dezavantajları
1. Verim B Sınıfına göre biraz düşüktür (%70).
2. Sükunet noktasında küçük bir akım meydana gelir.
Uygulama Alanı
Büyük güçler için yükseltme
C sınıfı
Çalışma Noktasının Konumu
Çalışma noktası, kesim noktasının altındadır.
Avantajları
En yüksek verime sahiptir (%78.5’dan fazla)
Dezavantajları
Bozulma en yüksek mertebededir.
Uygulama Alanı
LC salınım vericisi, Harmonik üreteci.
2) Bozulmaların sınıflandırılması:
Bozulmalar, doğrusal olmayan bozulma, frekans bozulması ve
gecikme (faz) bozulması olarak sınıflandırılabilir.
Doğrusal olmayan bozulma (genlik bozulması):
Çalışma noktası doğrusal bölgede yer almaz ve bunun sonucunda
çıkış, asıl işaretin yanında harmonik bileşenlerini de içerir. Örneğin
1KHz’lik asıl işaret, 2KHz ve 3KHz’lik harmonik işaretler üretebilir.
Şekil 4(a)(b)’de gösterilen bu bozulmaya harmonik bozulma da
denir.
(a) Normal dalga şekli (b) Harmonik bileşenlere sahip dalga şekli
Şekil 4
ikinci-derece
üçüncü-derece
9-11
Frekans bozulması:
Yükseltecin farklı frekanslara karşılık, farklı yükseltme katsayılarına
sahip olması durumunda ortaya çıkar.
Gecikme bozulması (faz bozulması):
Yükseltecin farklı frekanslara karşılık, farklı faz kaymalarına sahip
olması durumunda ortaya çıkar.
(2) Push-pull Yükselteç
Yükselteç devresinde daha yüksek çıkış gücü gerekliyse, genellikle çıkış
katında push-pull yükselteç olarak birlikte çalışmak üzere iki adet
tranzistör kullanılır. Push-pull yükselteçler, tek-uçlu push-pull yükselteç
ve çift uçlu push-pull yükselteç olarak ikiye ayrılırlar.
1) Çift-uçlu push-pull yükselteç
Şekil 5’te gösterildiği gibi temel push-pull yükselteç devresi, giriş
transformatörü, çıkış transformatörü ve iki adet tranzistörden
meydana gelmiştir. Giriş transformatörü, Şekil 6’da gösterildiği gibi,
giriş işaretini eşit büyüklükte fakat ters fazda iki işarete bölen bir faz
bölücü olarak görev yapmaktadır.
(a) Giriş işaretinin pozitif alternansındaki çalışma durumu
(b) Giriş işaretinin negatif alternansındaki çalışma durumu
Şekil 5 Temel çift-uçlu push-pull yükselteç devresi
9-12
Şekil 6
kollektör akımı kollektör akımı
Ic1 ve Ic2’nin bileşik akımı
kollektör gerilimi
kollektör gerilimi
Şekil 7-4-7 Çıkış gerilimi ve çıkış akımı dalga şekilleri
9-13
Şekil 5(a)’da gösterildiği gibi, giriş işaretinin pozitif alternansı, push-
pull yükseltecinin Q1 transistörü tarafından yükseltilir. Şekil 5(b)’de
gösterildiği gibi, giriş işaretinin negatif alternansı ise, push-pull
yükseltecinin Q2 transistörü tarafından kuvvetlendirilir. Q1’in IC1 akımı
ve Q2’nin IC2 akımı çıkış transformatörü tarafından birleştirilir. Giriş
sinyalinin iki alternansının, sırasıyla Q1 ve Q2 tarafından
yükseltilmesine karşın, yükü besleyen sinyal hala Vin ile orantılı olan
AC sinyalin tamamıdır. Şekil 7’de, push-pull yükseltecin çıkış akım ve
gerilim dalga şekilleri gösterilmiştir. Transistörün geçiş eğrisi ise Şekil
8(a)’da gösterilmiştir. Transistöre öngerilim uygulanmazsa veya
uygulanan öngerilim Ic≈0 olacak kadar küçükse transistör, geçiş
eğrisinin eğrilik bölgesinde çalışır. Şekil 5’te gösterilen çift uçlu push-
pull yükseltecin, Q1 ve Q2 transistörlerine öngerilim uygulanmadığı
durumda, bileşik geçiş eğrisi Şekil 8(b)’de gösterildiği gibi olur. Giriş
sinyali uygulandığında, çıkış dalga şeklinin pozitif ve negatif
çevrimlerinin kesişiminde, geçiş bozulması adı verilen bozulma
meydana gelir. Geçiş bozulmasını engellemek için, Q1 ve Q2
transistörlerine, Şekil 9’da gösterildiği gibi, bu transistörler geçiş
eğrisinin doğrusala yakın bölgesinde çalışacak şekilde, uygun
öngerilim uygulanmalıdır.
(a) Transistörün geçiş eğrisi (b) Q1 ve Q2’yi push-pull olarak
kullanan bileşik geçiş eğrisi
9-14
(c) Vin'e karşılık gelen IC akımında ortaya çıkan geçiş bozulması
Şekil 8 B sınıfı push-pull yükseltecinde meydana gelen geçiş bozulması
(a) Q1 ve Q2’yi push-pull olarak kullanan bileşik geçiş eğrisi
9-15
(b) Vi ‘ye karşılık gelen IC akımında geçiş bozulması meydana gelmemiştir
(Şekildeki Q çalışma noktasıdır)
Şekil 9 AB Sınıfı push-pull yükseltecin çalışması
(a) R2’nin gerilimiyle öngerilimleme (b) Diyot ile sağlanan öngerilimleme
(bazen TH dahil edilir)
Şekil 10 Push-pull yükselteç
9-16
Çift-uçlu push-pull yükselteç için öngerilim düzenlemesi
Transistör için yaygın olarak kullanılan iki farklı öngerilimleme
yöntemi Şekil 10’da gösterilmiştir. Şekil 10(a)’daki devre, transistöre
öngerilim sağlamak için, R2 direnci üzerinde düşen gerilimden
yararlanır. Sıcaklık kompanzasyonu için, negatif sıcaklık katsayılı
bir termistör, R2 direnci ile paralel olarak bağlanmıştır. Q1 ve Q2’nin
sıcaklığı artarsa, sıcaklıkla birlikte Ic akımı da artar ve bu durum
çalışma noktasının kaymasına neden olur. Bu durumda termistörün
direnç değeri azalacağı için, Q1 ve Q2’nin ileri öngerilimi azalır ve
transistörün sükunet akımı sıcaklıkla birlikte artmamış olur. Şekil
10(b)’de gösterilen devre, transistöre öngerilim sağlamak için diyot
üzerindeki gerilim düşümünden yararlanır. PN jonksiyon diyodu ile
BE’leri PN jonksiyonundan oluşan Q1 ve Q2 transistörleri
arasındaki benzerlik sebebiyle, sıcaklık arttığı zaman, VD, VBE ve VC
gerilimleri azalır ve böylece IC akımı artmaz. Re üzerindeki akım
negatif geri beslemesi, sıcaklık artışı ve buna bağlı IC artışının
neden olduğu “ısıl döngüden”, transistörün hasar görmesini
engeller. (I ↑ sıcaklık ↑ I↑ sıcaklık ↑).
Çift-uçlu push-pull yükseltecin avantajları ve dezavantajları
Çift-uçlu push-pull yükselteçte iki adet transformatör kullanıldığı için
frekans tepkisi kötüdür, bozulma fazladır, hacmi büyük ve ağırlığı
fazladır. Bununla birlikte, daha küçük VCC güç kaynağı ile yüksek
güçte çıkış elde etmek kolaydır. Bu yüzden çift-uçlu push-pull
yükselteçler seyyar megafonlarda yaygın şekilde kullanılır.
2) Tek-uçlu push-pull yükselteç
Çift-uçlu push-pull yükselteçte transformatör kullanılması zayıf frekans
tepkisine neden olur. Çift-uçlu push-pull yükseltecin dezavantajlarını
düzeltmek amacıyla, tek-uçlu push-pull yükselteç tasarlanmıştır. Tek-
uçlu push-pull yükselteçler iki sınıfa ayrılır:
OTL yükselteç: OTL (Output Transformer Less) yükselteç, çıkış
transformatörü bulunmayan bir yükselteçtir.
Bununla birlikte, çıkış ucuyla yük arasına seri
olarak 1000 μF’lık bir kondansatör bağlanır.
OCL yükselteç: OCL (Output Capacitor Less) yükselteç, devreden
çıkış kondansatörünü de kaldırır ve çıkışında
kondansatör bulunmayan bir yükselteçtir. Çıkış ucu
doğrudan yüke bağlanır.
9-17
OTL devresi, aşağıdaki maddeler dışında OCL devresi ile benzerdir.
OTL sadece bir güç kaynağı kullanırken, OCL, eşit genlikli negatif
ve pozitif güç kaynakları kullanır. OTL’nin merkez-noktası gerilimi
VCC/2 iken, OCL’ninki 0V’tur.
OTL’de, çıkış transformatörü kaldırılmış olmasına rağmen, çıkış
kondansatörü halen bulunmaktadır.
OCL’de ise çıkış kondansatörü de kaldırılmıştır.
OTL’nin giriş katında genellikle CE yükselteç kullanılırken, OCL’nin
giriş katında fark yükselteci kullanılır.
OTL ve OCL devrelerinin benzerliği nedeniyle, burada sadece OTL
devresi ele alınmıştır.
OTL devreler de ayrıca iki guruba ayrılırlar:
Faz bölücü olarak transformatör kullanan OTL yükselteci
Tamamlayıcı simetrik OTL
Bunlardan en yaygın kullanılanı, tamamlayıcı simetrik OTL’dir ve bu
devre aşağıda açıklanmıştır.
NPN ve PNP transistörler birbirlerinin tümleyeni olarak karakterize
edildikleri için (NPN transistör bazına pozitif gerilim uygulandığında,
PNP transistör ise bazına negatif gerilim uygulandığında iletime
geçer), giriş işaretinin pozitif ve negatif alternansları, giriş
transformatörlü faz bölücüsü yerine, aynı karakteristikteki bir NPN ve
PNP transistör çifti ile bölünebilir.
Şekil 11’de, tamamlayıcı simetrik tek-uçlu push-pull yükseltecin temel
devresi gösterilmiştir.
Giriş işareti uygulanmadığında, Q1 ve Q2’nin ikisi de kesimdedir ve
yük üzerinden akım akmaz.
Giriş işaretinin pozitif alternansında, Q1 ileri öngerilimlenir ve
iletimdedir, Şekil 11 (a)’da gösterilen akım yolu üzerinden yüke
pozitif alternans uygulanır. Bu durumda Q2 tranzistörü kesimdedir.
Giriş işaretinin negatif alternansında, Q2 ileri öngerilimlenir ve
iletimdedir, Şekil 11 (b)’de gösterilen akım yolu üzerinden yüke
negatif alternans uygulanır. Bu durumda Q1 transistörü kesimdedir.
Şekil 10’da, Q1 yada Q2’ye öngerilim uygulanmadığı için, B sınıfı
yükselteç olarak çalışır ve Şekil 8’de gösterildiği gibi geçiş
bozulması ortaya çıkar.
Bu temel devrenin çıkış ucu doğrudan yüke bağlandığı için ve çift
güç kaynağı kullanıldığı için, bu devre bir OCL devresidir.
9-18
(a) Giriş işaretinin pozitif alternansında Q1 iletimde, Q2 kesimdedir
ve yüke pozitif alternans uygulanmaktadır.
(b) Giriş işaretinin negatif alternansında Q2 iletimde, Q1 kesimdedir
ve yüke negatif alternans uygulanmaktadır.
Şekil 11 Temel OCL devresi
Şekil 12 Temel OTL devresi
9-19
Şekil 11’deki devre, küçük bir değişiklikle, sadece bir güç kaynağı
gerektiren ancak çıkış ucu ile yük arasına bağlanmak üzere büyük bir
kondansatöre ihtiyaç duyan Şekil 12’deki devreye dönüştürülebilir. Bu
devre, AC çıkışın yüke uygulanabilmesi için, kondansatörün dolma ve
boşalma karakteristiklerinden faydalanan temel bir tamamlayıcı OTL
devresidir. Geçiş bozulmasını engellemek için, Şekil 13’de gösterildiği
gibi, pratik devrelerde transistöre yeterli Vbe gerilimi uygulanır.
Aşağıda Şekil 13’teki devrenin çalışması anlatılmıştır:
Giriş işareti uygulanmadan önce, Q1 ve Q2 simetrik ve eşit
öngerilimli olduğu için, her iki transistör de iletimdedir ve merkez-
nokta gerilimi = VCC/2’dir.
Giriş işaretinin pozitif alternansında, Q1, Şekil 13(b)’de gösterilen,
Co kondansatörünün dolduğu akım yolu üzerinden iletimdedir ve
yüke pozitif alternans uygulanır.
Giriş işaretinin negatif alternansında, Q2, Şekil 13(c)’de gösterilen,
Co kondansatörünün boşaldığı akım yolu üzerinden iletimdedir ve
yüke negatif alternans uygulanır.
3) Sürücü katı
Çıkış, Şekil 13’te gösterildiği gibi, Q1 ve Q2’nin emetöründen alındığı
için, devre emetör izleyici olarak çalışır ve daha yüksek akım kazancı
ve daha düşük gerilim kazancı sağlar. Gerilim kazancını arttırmak için,
Şekil 14’te gösterildiği gibi, Q1 ve Q2’den önce bir CE yükselteç
kullanılır. Şekil 14’te gösterilen Q3’ün çıkış gerilimi, Q1 ve Q2’yi
sürmek için kullanıldığından, Q3’ün bulunduğu devre sürücü kat
olarak adlandırılır.
Şekil 14’te gösterilen Q1 ve Q2 için gerekli öngerilimi sağlamak üzere,
Şekil 15’te gösterilen devrelerden biri, “öngerilim devresi” olarak
kullanılır. Burada değişken direnç, sükunet akımını kontrol etmek
amacıyla, öngerilimi ayarlamak için kullanılır.
(a) Vin = 0 iken, her bir noktadaki gerilim.
merkez-nokta gerilimi
9-20
(b) Giriş işaretinin pozitif alternansında, Q1 iletimdedir, Co dolar
ve yüke pozitif alternans uygulanır.
(c) Giriş işaretinin negatif alternansında Q2 iletimdedir, Co boşalır
ve yüke negatif alternans uygulanır
Şekil 13 OTL yükseltecin sürücü kat analizi
Şekil 14 Tamamlayıcı simetrik düşük-güç yükselteci
Co dolar
giriş sinyalinin pozitif alternansı
giriş sinyalinin pozitif alternansı
Co boşalır
Gerilim yükselir
Gerilim düşer
Gerilim yükselir
Gerilimdüşer
9-21
(a) (b) (c) (d)
Şekil 15 Öngerilim Devreleri
4) Yüksek güçlü çıkış katı
Daha yüksek güç elde etmek için, gerilim kazancının yanında akım
kazancı da arttırılmalıdır. Çünkü Po = Io2R denklemine göre, daha
yüksek Io daha yüksek Po’a neden olacaktır. Akım kazancını arttırmak
için, çıkış katı Darlington düzenlemesi ile değiştirilmelidir. Şekil 16’da,
Q4 ve Q5’in aynı karakteristiklere sahip PNP ve NPN güç
transistörleri olduğu, tam-simetrik OTL yükselteci gösterilmiştir. Re
direnci, negatif akım geribeslemesi sağlayarak, güç transistörlerinin
akım-sıcaklık artış çevriminden dolayı yanmasını engeller. (Örneğin,
Vbe = Vb – Ve = Vb – Ie × Re ≈ Vb – Ic × Re ; Sıcaklığın artmasıyla IC
akımı artar ve buna bağlı olarak Vbe ve dolayısıyla Ib ve Ic azalır,
böylece sıcaklık artmaz). Transistördeki artış nedeniyle, Vbe1 + Vbe4 +
Vre4 + Vre5 + Vbe5 + Vbe2 öngerilimi, Vbe = 0.6V kabul edilirse, minimum
2.4V olacaktır. Bu yüzden öngerilim devresi, Şekil 17’de gösterilen,
öngerilimleme işlevinin yanında sıcaklık kompanzasyonu da sağlayan
devre ile değiştirilir.
9-22
sürücü katı | çıkış katı güç transistörü
Şekil 16 Tam olarak-tamamlayıcı OTL yükselteç
(a) (b) (c) (d)
Şekil 17 Yüksek güçlü çıkış için öngerilim devresi
5) DC geri besleme
Şekil 9.5’te gösterildiği gibi, DC negatif geri besleme oluşturmak için,
OTL yükseltecin geri besleme direnci VR100K (R6), orta noktaya
bağlanmıştır. Eğer merkez-nokta gerilimini kayarsa, bu durum orta-
noktaya iletilir ve orta-nokta gerilimi otomatik olarak VCC/2 olarak
düzeltilir. Örneğin, Şekil 9-5’teki OTP yükseltecin, orta-nokta gerilimi
artarsa, Vc1 ↑ Vb2 ↑ Vc2 ↓ Vb4 ↓ Ve4 ↓ ve orta-nokta gerilimi azalır.
güç transistörü
9-23
6) AC negatif geri besleme
Şekil 9-5’teki C2 ve R5, AC negatif geri besleme devresini oluşturur.
Bu devre, yükseltecin çok büyük yükseltme katsayısından dolayı,
kolaylıkla salınım üretebileceği için, devreye, yükseltme katsayısını
düşürmek için negatif geri besleme devresi dahil edilmiştir. C2, DC
bileşenleri izole edip AC bileşenleri geçireceği için, DC negatif geri
besleme, R6 ve R5 değerlerine bağlı olan AC negatif geri beslemenin
oranı olmaktadır.
7) Maksimum çıkış gücü
OTL yükseltecin maksimum çıkış gerilimi VCC’yi aşmaz. Bu nedenle;
21
√28 8
Gerçekte gerilim düşüşü tranzistörün C ile E kutupları arasında
olacağı için maksimum çıkış gücü teorik değerden düşük olacaktır.
9.3 KULLANILACAK ELEMANLAR
(1) KL-200 Lineer Devre Deney Düzeneği
(2) Deney Modülü: KL-23005
(3) Ölçü Aletleri: 1. Osiloskop
2. Multimetre
3. İşaret üreteci
(4) Araç: Temel el araçları.
(5) Malzemeler: KL-23005 (a,b,c)’de gösterildiği gibi.
9.4 DENEYLER
(9-1) JFET CS yükselteç (kendinden öngerilimli)
9-1-1
9-1-1-1 Deneyin Yapılışı:
(1) KL-23005 modülünü, KL-200 Lineer Devre Deney Düzeneğine yerleştirin
ve a bloğunun konumunu belirleyin.
(2) Şekil 9.1(a)’daki devre ve 23005-blok a bağlantı diyagramı yardımıyla
kısa-devre klipslerini yerleştirin.
9-24
(3) Hem Q1 kollektör gerilimi VC1, hem de Q2 kollektör gerilimi VC2, VCC/2
olacak şekilde VR3 ve VR4'ü ayarlayın.
(4) IN giriş ucuna işaret üreteci ve osiloskop, çıkış ucuna da osiloskop
bağlayın.
(5) İşaret üretecini 1KHz’lik sinüzoidal sinyal üretecek şekilde ayarlayın.
Osiloskopta maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli görüntülenecek
şekilde işaret üretecininin genliğini arttırın.
(6) Osiloskop kullanarak VB1, VC1, VB2 ve VOUT1 dalga şekillerini ölçün ve
kaydedin.
(7) C3(47μF)’ü devreden çıkarın ve Adım (5) ve (6)’yı tekrarlayın.
(8) VR4(1MΩ)’ü rasgele değiştirerek VB1, VC1, VB2 ve VOUT1 dalga şekillerinin
değişip değişmediğini gözlemleyin.
9-1-1-2 Deney Sonucu:
Deney sonuçlarını Tablo 9-1’e kaydedin, Tablodaki C3’ün bağlı olduğu
durumdaki sonuçları kullanarak aşağıdaki değerleri hesaplayın.
AV1 = Vo1 / Vi1 = VC1 / VB1 = _________.
AV2 = Vo2 / Vi2 = VOUT1 / VB2 = _________.
AV = Av1 x Av2= VOUT1 / VB1 = ________.
Avs = VOUT1 / VIN = ________.
Teorik ve gerçek değerleri karşılaştırın.
9-25
V
t VIN
V
t VIN
V
t VB1 (Vi1)
V
t VB1
(Vi1)
V
t VC1
(Vo1)
V
t VC1
(Vo1)
V
t VB2 (Vi2)
V
t VB2
(Vi2)
V
t VOUT1
V
t VOUT1
C3 bağlı C3 bağlı değil
Dalga şekli Vpp Dalga şekli Vpp
Tablo 9-1
Şekil 9.1 (a) RC bağlantılı yükselteç
9-26
Şekil 23005-blok a
(9-2) Doğrudan bağlantı
9-2-1
9-2-1-1 Deneyin Yapılışı:
(1) Şekil 9.2(a)’daki devre ve 23005-blok a.2 bağlantı diyagramı yardımıyla
kısa-devre klipslerini yerleştirin (Deşarj olması için C3’ü kısa devre edin).
(2) Q1 kollektör gerilimi VC1=VCC/2 olacak şekilde VR4(1MΩ)'ü ayarlayın.
Multimetre kullanarak (DC kademede) VBE1 ve VBE2’yi ölçün ve kaydedin.
(3) IN giriş ucuna işaret üreteci ve osiloskop, OUT1 çıkış ucuna da
osiloskop bağlayın.
(4) İşaret üretecini 1KHz’lik sinüzoidal sinyal üretecek şekilde ayarlayın.
Osiloskopta maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli görüntülenecek
şekilde işaret üretecininin genliğini arttırın.
(5) Osiloskop kullanarak VB1, VC1, VB2 ve VC2 (VOUT1) dalga şekillerini ölçün
ve kaydedin.
(6) C3(47μF)’ü devreden çıkarın ve Adım (5)’i tekrarlayın.
9-27
V
t VIN
V
t VIN
V
t VB1 (Vi1)
V
t VB1
(Vi1)
V
t VC1
(VB2)
V
t VC1
(VB2)
V
t VOUT1
V
t VOUT1
(7) C3(47μF)’ü yeniden bağlayın ve VR4(1MΩ)’ü rasgele değiştirerek VB1,
VC1, VB2 ve VC2 (VOUT1) dalga şekillerinin değişip değişmediğini
gözlemleyin.
(8) VR4(1MΩ)’ü normal konumuna ayarlayın ve giriş sinyalinin frekansını
0Hz~20KHz arasında ayarlayın. IN ve OUT uçlarındaki dalga şekillerini
gözlemleyin ve VOUT ile f arasındaki ilişkiyi kaydedin.
9-2-1-2 Deney Sonucu:
Deney sonuçlarını Tablo 9-2(a) (b)’ye kaydedin.
C3 bağlı C3 bağlı değil
Dalga şekli Vpp Dalga şekli Vpp
Tablo 9-2(a)
9-28
Tablo 9-2(a)’daki C3’ün bağlı olduğu durumdaki sonuçları kullanarak
aşağıdaki değerleri hesaplayın.
AV1 = Vo1 / Vi1 = VC1 / VB1 = _________.
AV2 = Vo2 / Vi2 = VOUT1 / VB2 = _________.
AV = VOUT1 / Vi1 = ________.
Avs = VOUT1 / VIN = ________.
Teorik ve gerçek değerleri karşılaştırın.
AVO : VO’ın maksimum olduğu AV değeri
Frekans tepkesi eğrisi
Tablo 9-2(b)
Şekil 9.2(b)
9-29
Şekil 23005-blok a.2
(9-3) Transformatör bağlantılı devre
9-3-1
9-3-1-1 Deneyin Yapılışı:
(1) Şekil 9.3’teki devre ve 23005-blok b bağlantı diyagramı yardımıyla kısa-
devre klipslerini yerleştirin. +12V güç kaynağını bağlayın.
(2) Giriş ucuna işaret üreteci ve osiloskop bağlayın. Çıkış ucuna 8Ω’luk
direnç (yapay yük sette zaten bağlıdır ve bağlanmasına gerek yoktur) ve
osiloskop bağlayın.
(3) İşaret üretecini 500Hz’lik sinüzoidal sinyal üretecek şekilde ayarlayın.
Osiloskopta maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli görüntülenecek
şekilde işaret üretecininin genliğini arttırın.
(4) Giriş sinyalinin frekansını 0Hz~20KHz arasında ayarlayın. VIN ve VOUT
dalga şekillerini gözlemleyin ve VOUT ile f arasındaki ilişkiyi kaydedin.
(5) İşaret üretecini yada walkman kulaklık çıkışını tekrar giriş ucuna
bağlayın ve çıkış ucunda hala ses üretilip üretilmediğini gözlemleyin.
9-30
V
tVIN
V
tVOUT
9-3-1-2 Deney Sonucu:
Deney sonuçlarını Tablo 9-3 (b)’ye kaydedin ve çıkış gücünü hesaplayın.
Dalga şekli Vpp
Tablo 9-3(a)
Maksimum bozulmasız çıkış gücü = VOp-p2 / 8RL=_______
AVO : VO’ın maksimum olduğu AV değeri
Tablo 9-3(b)
9-31
Şekil 9.3
Şekil 23005-blok b
9-32
(9-4) Çift-uçlu push-pull yükselteç deneyi deneyi
9-4-1
9-4-1-1 Deneyin Yapılışı:
(1) Şekil 9.4’teki devre ve 23005-blok c bağlantı diyagramı yardımıyla kısa-
devre klipslerini yerleştirin. +12V güç kaynağını bağlayın (OUT ucuna,
8Ω/1W’lık bir direnç bağlanmalıdır).
(2) Sükunet akımını ölçmek için ampermetre (A2) bağlayın (bu durumda A1
konumuna ampermetre yerine kısa devre klipsi yerleştirin). Eğer bu akım
>>20mA ise, Q6 ve Q7 push-pull transistörleri kolayca ısınır. Bu
durumda devreyi kontrol etmek için güç kaynağı kapatılmalıdır (VR1
bağlanmalıdır).
(3) Olası yanlış bağlantıları kontrol etmenin yanında, güç kaynağı bağlıyken,
voltmetre kullanılarak her bir transistörün VBE ve VCE gerilimleri
ölçülmelidir. Aşağıdaki analiz yardımıyla, VBE ve VCE’ye göre her bir
transistörün durumu değerlendirilmelidir:
1. VBE >0.7V Transistörün B-E arası açık devredir.
2. VBE ≤0.2V VCE =0V Transistörün C-E arası kısa devredir.
3. VBE ≈0.6V VCE ≈0.2V Transistör doyumdadır.
(4) Eğer 1 yada 2 durumu sözkonusuysa transistör değiştirilmelidir. 3
durumu sözkonusuysa, Şekil 9.4’te gösterildiği gibi, VR1 (VR1KΩ)
ayarlanarak VBE (IB) ayarlanmalıdır.
(5) Ampermetreyi A1 konumuna bağlayın ve VC1=VCC/2 olacak şekilde R15
(SVR 20KΩ)’i ayarlayın. Ampermetredeki değişimi gözlemleyin.
(6) A2 ampermetresinin gösterdiği değer yaklaşık 10mA olacak şekilde VR1
(VR10KΩ)’i ayarlayın.
(7) Giriş ucuna işaret üreteci ve osiloskop bağlayın. Çıkış ucuna da
osiloskop bağlayın.
(8) İşaret üretecini 500Hz’lik sinüzoidal sinyal üretecek şekilde ayarlayın.
Osiloskopta maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli görüntülenecek
şekilde işaret üretecininin genliğini arttırın.
(9) Osiloskop kullanarak, sırasıyla VB5 , VC5 ve VB6 dalga şekillerini ölçün.
9-33
(10) VR1 (VR1KΩ)’i 0Ω’a ayarlayın ve VOUT dalga şeklinde geçiş bozulması
oluşup oluşmadığını gözlemleyin.
(11) TP8,TP9’u hoparlöre bağlayın ve bu yükseltecin giriş ucuna bağlı olan
işaret üreteci çıkışını rastgele ayarlayın. Yüksek frekanslı yada büyük
genlikli sinyal uygulandığında, ses yüksekliğinin değişip değişmediğini
ve Q6,Q7 transistörlerinin aşırı ısınıp ısınmadığını gözlemleyin.
(12) İşaret üreteci kaldırılıp, yükseltecin giriş ucuna parmak ile
dokunulduğunda, hoparlörde bir vınlama üretilir (Parmakla dokunulunca
giriş ucunda gürültü endüklenir).
(13) Walkman kulakluk çıkışını, bu yükseltecin giriş ucuna bağlayın ve
müzik dinleyin.
9-4-1-2 Deney Sonucu:
Deney sonuçlarını Tablo 9-4’e kaydedin ve maksimum bozulmasız çıkış
gücünü hesaplayın.
Statik test
Sükunet akımı (A2) VBE5 VC5 VBE6 VBE7
9-34
Dinamik test
8_____________ , 8Ω
9-35
Şekil 9.4
Şekil 23005-blok c.5