Elektronik II Ders Notları PDF

MERSİN ÜNİVERSİTESİ MERSİN MESLEK YÜKSEKOKULU ELEKTRONİK VE OTOMASYON BÖLÜMÜ ELEKTRONİK II Öğr. Gör..Dr. Zafer ÖZER ELEKTRONİK VE OTOMASYON BÖLÜMÜ ELEKTRONİK II Öğr. Gör. Dr. Zafer ÖZER MERSİN 2015 ...

MERSİN ÜNİVERSİTESİ MERSİN MESLEK YÜKSEKOKULU ELEKTRONİK VE OTOMASYON BÖLÜMÜ ELEKTRONİK II Öğr. Gör..Dr. Zafer ÖZER ELEKTRONİK VE OTOMASYON BÖLÜMÜ ELEKTRONİK II Öğr. Gör. Dr. Zafer ÖZER MERSİN 2015  Elektronik II ÖNSÖZ 1. Dersin amacı; Bu ders ile öğrenci, Transistörlerin çalışma bölgesi. Transistörün DC ve AC analizi Diferansiyel kuvvetlendiriciler. OP-AMP parametreleri. Negatif geri beslemenin etkileri. OP-AMP frekans cevap eğrisi. Komparatör (karşılaştırıcı) devreleri. Toplama devresi. İntegratör ve türev devreleri. Wien-Bridge Osilatör.OP-AMP kapalı devre cevap eğrisi. Diğer OP-AMP'lı osilatörler. Enstrumantasyon kuvvetlendiriciler. Pasif filtreler, Aktif filtreler. Çeşitli filtre devrelerini kavrayabilecektir. 2. Dersin önemi; a) Transistorü anahtarlama ve yükselteç elemanı olarak kullanabilmek b) İşlemsel yükselteci, eviren, evirmeyen ve fark yükselteci olarak kullanabilmek c) İşlemsel yükselteç ile toplayıcı ve karşılaştırıcı devre kurabilmek d) İşlemsel yükselteçli filtre devresi kurmak e) Osilatör devreleri kurmak 3. Dersin kapsamı; a) Transistörün yükselteç elemanı olarak kullanılması b) Transistörün yükselteç elemanı olarak kullanılması c) İşlemsel yükselteçler d) İşlemsel yükselteçler ve eviren yükselteç olarak kullanılması e) İşlemsel yükseltecin evirmeyen yükselteç olarak kullanılması f) Gerilim izleyici yükselteçler kullanımı g) Yükselteçler ile Toplayıcı devresinin kullanımı h) İşlemsel yükseltecin karşılaştırıcı olarak kullanılması i) İşlemsel yükseltecin seviye dedektörü olarak kullanılması j) İşlemsel yükseltecin seviye dedektörü olarak kullanılması k) İşlemsel yükselteçli filtre olarak kullanılması l) İşlemsel yükselteçli filtre olarak kullanılması m) Transistörlü osilatörlerin kulanımı n) Transistörlü osilatörlerin kulanımı o) İşlemsel yükseltecin osilatörlerin kulanımı p) İşlemsel yükseltecin osilatörlerin kulanımı i  Elektronik II İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ..................................................................................................................................................... i İÇİNDEKİLER.........................................................................................................................................ii KISALTMALAR.....................................................................................................................................v ŞEKİLLER TABLOSU...........................................................................................................................vi BÖLÜM 1............................................................................................................................................... 9 1. AMAÇ............................................................................................................................................... 9 1.1 DC Yük Hattı........................................................................................................................... 9 1.2 DC Polarma ve Çalışma Noktası........................................................................................... 11 1.2.1 Aktif Bölge........................................................................................................................ 11 1.2.2 Doyum (Saturation) Bölgesi.............................................................................................. 12 1.2.3 Kesim (Cut-Off) Bölgesi................................................................................................... 12 1.3 Lineer Çalışma...................................................................................................................... 15 1.4 Küçük Sinyal Yükselteci....................................................................................................... 16 1.5 Transistörün AC Eşdeğer Devresi......................................................................................... 18 1.5.1 Küçük Sinyal Yükseltme İşlemi........................................................................................ 18 1.5.2 Transistörün Karma Eşdeğer Devresi................................................................................ 19 1.5.3 Transistörün re modeli....................................................................................................... 22 1.6 Ortak Beyzli devre................................................................................................................. 22 1.6.1 Ortak beyzli bağlantı için hibrid-re model ilişkisi;............................................................ 23 1.7 Ortak Emiterli Devre............................................................................................................. 23 1.7.1 Ortak emiterli bağlantı için hibrid-re model ilişkisi;......................................................... 24 1.8 Transistör küçük sinyal analizi.............................................................................................. 25 1.8.1 Ortak Emiterli Bağlantının Küçük Sinyal Analizi............................................................. 25 1.8.1.1 DC Analiz.......................................................................................................................... 26 1.8.1.2 AC Analiz.......................................................................................................................... 27 1.8.2 Gerilim Bölücülü Bağlantının Küçük Sinyal Analizi........................................................ 30 1.8.3 Ortak Emiterli Köprülenmemiş Bağlantının Küçük Sinyal Analizi.................................. 33 1.8.4 Emiter İzleyici Bağlantının Küçük Sinyal Analizi............................................................ 34 1.9 Ortak Beyzli devrelerin küçük sinyal analizi........................................................................ 35 1.10 Kollektör Geri beslemeli devrelerin küçük sinyal analizi..................................................... 37 1.10.1 Kollektörlü Yükselteç........................................................................................................ 41 BÖLÜM 2............................................................................................................................................. 42 2. İŞLEMSEL YÜKSELTECİN YAPISI...................................................................................... 42 2.1 Yükselteçlerin Genel Özellikleri........................................................................................... 42 2.1 Kazanç................................................................................................................................... 43 ii  Elektronik II 2.2 Giriş Direnci.......................................................................................................................... 44 2.3 Çıkış Direnci.......................................................................................................................... 44 2.4 İşlemsel Yükselteçlerin Özellikleri....................................................................................... 44 2.5 İşlemsel Yükselteçlerin Kullanım Alanları........................................................................... 45 2.6 İşlemsel Yükseltecin Yapısı ve Çalışması............................................................................. 47 2.7 Fark Yükselteci...................................................................................................................... 47 2.8 Gerilim Yükselteci................................................................................................................ 49 2.9 Çıkış Katı............................................................................................................................... 49 2.10.1 İdeal İşlemsel Yükseltecin Özellikleri............................................................................... 49 2.11 Pratik İşlemsel Yükseltecin Özellikleri................................................................................. 49 2.11.1 Giriş Dengesizlik Gerilimi................................................................................................ 50 2.11.2 Giriş Dengesizlik Akımı.................................................................................................... 51 2.11.3 Giriş Kutuplama Akımı..................................................................................................... 51 2.11.4 Giriş Direnci...................................................................................................................... 51 2.11.5 Çıkış Direnci...................................................................................................................... 51 2.11.6 Çıkış Kısa Devre Akımı.................................................................................................... 52 2.11.7 Açık Çevrim Gerilim Kazancı........................................................................................... 52 2.11.8 Bant Genişliği.................................................................................................................... 52 2.11.9 Ortak İşareti Bastırma Oranı (CMRR).............................................................................. 53 2.11.10 Çıkış Değişim Hızı........................................................................................................ 54 2.11.11 Kanal Ayrımı................................................................................................................. 54 2.11.12 En Fazla İzin Verilen Çıkış Gerilimi Değişimi............................................................. 54 2.12 İşlemsel Yükseltecin Sembolü ve Ayak Bağlantıları............................................................ 55 2.13 İşlemsel Yükselteçlerin Kılıf Şekilleri.................................................................................. 57 2.14 Ürün Bilgi Sayfaları.............................................................................................................. 58 2.15 Bölüm 2 Çalışma Soruları..................................................................................................... 61 BÖLÜM 3............................................................................................................................................. 62 3. İŞLEMSEL YÜKSELTEÇ UYGULAMALARI...................................................................... 62 3.1 Geri Besleme......................................................................................................................... 62 3.1.1 Pozitif Geri Besleme.......................................................................................................... 62 3.1.2 Negatif Geri Besleme........................................................................................................ 63 3.1.3 Negatif Geri Besleme Prensipleri, Avantaj ve Dezavantajları.......................................... 63 3.2 İşlemsel Yükseltecin Eviren Yükselteç Olarak Kullanılması................................................ 65 3.3 Eviren Yükseltecin İncelenmesi............................................................................................ 68 3.3.1 Eviren Yükselteç Uygulaması........................................................................................... 69 3.4 İşlemsel Yükseltecin Karşılaştırıcı Açık Döngü Kullanımı.................................................. 70 iii  Elektronik II 3.4.1 Karşılaştırıcı Devrenin İncelenmesi.................................................................................. 71 3.4.2 Karşılaştırıcı Yükselteç Uygulaması................................................................................. 72 3.4.3 Karşılaştırıcının Kontrol Devresi Olarak Kullanılması..................................................... 73 3.5 İşlemsel Yükseltecin Evirmeyen Yükselteç Olarak Kullanılması......................................... 74 3.5.1 Evirmeyen Yükseltecin İncelenmesi................................................................................. 75 3.6 İşlemsel Yükseltecin Toplayıcı Olarak Kullanılması............................................................ 77 3.6.1 Toplayıcı Devrenin İncelenmesi........................................................................................ 78 3.6.2 İşlemsel Yükselteç ile Yapılan Toplayıcı Devresi Uygulaması........................................ 78 3.7 İşlemsel Yükseltecin Gerilim İzleyici Olarak Kullanılması.................................................. 80 3.7.1 Gerilim İzleyici Devrenin İncelenmesi.............................................................................. 80 3.7.2 İşlemsel Yükselteç ile Gerilim İzleyici Uygulaması......................................................... 81 3.8 İşlemsel Yükseltecin Fark Yükselteci Olarak Kullanılması.................................................. 82 3.8.1 Fark Yükseltecinin İncelenmesi........................................................................................ 83 3.8.2 İşlemsel Yükselteç ile Fark Yükselteci Uygulaması......................................................... 83 3.9 İşlemsel Yükseltecin Aktif Filtre Olarak Kullanılması......................................................... 84 3.9.1 Aktif Filtre Devrelerinin İncelenmesi................................................................................ 85 3.9.2 İşlemsel Yükselteç ile Alçak Geçiren Filtre Uygulaması.................................................. 86 3.9.3 İşlemsel Yükselteç ile Yüksek Geçiren Filtre Devresi Uygulaması.................................. 88 3.10 Bölüm 3 Çalışma Soruları..................................................................................................... 90 BÖLÜM 4............................................................................................................................................. 91 4. OSİLATÖRLER........................................................................................................................ 91 4.1 Osilatör Nedir?...................................................................................................................... 91 4.2 Osilatör Çeşitleri.................................................................................................................... 92 4.3 Wien Köprü Osilatör Devresi................................................................................................ 93 4.4 Tek Kararlı (Monostable) Multivibratör............................................................................... 95 4.5 Schmitt Trigger Devreleri...................................................................................................... 97 4.6 Transistörlü Schmitt Trigger Devresi.................................................................................... 98 4.7 İşlemsel Yükselteçli Schmitt Trigger Devresi....................................................................... 99 4.8 TTL Dönüştürücülü Schmitt Trigger Devresi..................................................................... 100 4.9 Bölüm 4 Çalışma Soruları................................................................................................... 103 KAYNAKLAR.................................................................................................................................... 105 iv  Elektronik II KISALTMALAR OP-AMP İşlemsel Yükselteç (Operational Amplifier) CE Ortak Emiterli (Common Emiter) CB Ortak Beyzli (Common Base) CC Ortak Kollektörlü (Common Collector) v  Elektronik II ŞEKİLLER TABLOSU Şekil 1.1 Ayarlanabilen kaynaklarla DC polarma ve transistörün karakteristik eğrisi............................. 9 Şekil 1.2 Çeşitli IB akımı değerlerinde transistörün çalışma noktasının değişimi................................... 11 Şekil 1.3 Transistörün çalışma bölgeleri................................................................................................ 12 Şekil 1.4 Transistörlü yükselteç devresi ve yük hattı üzerinde sinyal davranışları................................ 16 Şekil 1.5 Gerilim bölücü polarmalı küçük işaret yükselteç devresi........................................................ 17 Şekil 1.6 Yükselteç devresinde yükseltme işleminin grafiksel analizi.................................................... 18 Şekil 1.7 İki port sistemi......................................................................................................................... 19 Şekil 1.8 Karma eşdeğer devresi............................................................................................................ 20 Şekil 1.9 Tam karma eşdeğer devresi.................................................................................................... 20 Şekil 1.10 Transistörün 3-uçlu eşdeğer devresi..................................................................................... 20 Şekil 1.11 Ortak emiterli transistör ve standart sembolü..................................................................... 21 Şekil 1.12 Ortak beyzli transistör ve standart sembolü......................................................................... 21 Şekil 1.13 Ortak emiterli transistorün yaklaşık eşdeğer devresi........................................................... 22 Şekil 1.14 Transistörün diyot ve akım kontrollü eşdeğer devresi.......................................................... 22 Şekil 1.15 Transistörün re modeli........................................................................................................... 23 Şekil 1.16 Ortak beyzlli transistor ün hibrid ve re model ilişkisi............................................................ 23 Şekil 1.17 Ortak emiterli transistorün diyot ve akım kontrollü eşdeğer devresi................................... 23 Şekil 1.18 Ortak emiterli transistorün re model eşdeğer devresi......................................................... 24 Şekil 1.19 Ortak emiterli bağlantı için hibrid-re model ilişkisi............................................................... 24 Şekil 1.20 Tipik bir ortak emiter bağlantılı yükselteç devresi................................................................ 25 Şekil 1.21 Ortak emiter bağlantılı gerilim bölücülü yükselteç devresi.................................................. 26 Şekil 1.22 Ortak emiter bağlantılı yükselteç devresinin dc eşdeğer devresinin çıkarılması.................. 26 Şekil 1.23 Ortak emiter bağlantılı yükselteç devresinin DC eşdeğer devresinin çıkarılması................. 27 Şekil 1.24 Ortak emiterli yükselteç devresinin küçük sinyaller için eşdeğer devre modeli................... 28 Şekil 1.25 Ortak emiterli yükselteç devresinde faz farkı....................................................................... 29 Şekil 1.26 a) Ortak emiterli gerilim bölücülü yükselteç devresi b) hibrid eşdeğer devresi, c) re eşdeğer devresi................................................................................................................................................... 30 Şekil 1.27 Ortak Emiterli köprülenmemiş bağlantı................................................................................ 33 Şekil 1.28 Ortak Emiterli köprülenmemiş bağlantı AC eşdeğeri............................................................ 33 Şekil 1.29 Emiter izleyici bağlantısı........................................................................................................ 34 Şekil 1.30 Ortak Beyzli devrelerin hibrid ve re eşdeğer devreleri......................................................... 35 Şekil 1.31 Kollektör Geri beslemeli devreleri........................................................................................ 37 Şekil 1.32 Kollektör geri beslemeli devrenin hibrid modeli................................................................... 38 Şekil 1.33 Tipik bir ortak kollektör bağlantılı yükselteç devresi............................................................ 41 Şekil 2.1 Yükselteç sembolü ve yükseltme............................................................................................ 42 Şekil 2.2 Ses yükseltme işlemi............................................................................................................... 42 Şekil 2.3 LM741 işlemsel yükseltecinin iç devre şeması........................................................................ 45 Şekil 2.4 Systron Donner Concord, California SD-3300 eğitim amaçlı analog bilgisayar....................... 46 Şekil 2.5 İşlemsel yükseltecin fonksiyonel blok şeması......................................................................... 47 Şekil 2.6 Fark yükselteci sembolü.......................................................................................................... 48 Şekil 2.7 Temel fark yükselteci devresi.................................................................................................. 48 Şekil 2.8 Giriş dengesizlik gerilimi ayarı................................................................................................. 50 Şekil 2.9 İşlemsel yükseltecin giriş ve çıkış direnci................................................................................ 51 vi  Elektronik II Şekil 2.10 İşlemsel yükseltecin frekans bant genişliği........................................................................... 52 Şekil 2.11 CMRR istenmeyen sinyalleri bastırır..................................................................................... 53 Şekil 2.12 Çıkış değişim hızı................................................................................................................... 54 Şekil 2.13 En fazla izin verilen çıkış gerilimi........................................................................................... 55 Şekil 2.14 İşlemsel yükseltecin sembolü................................................................................................ 55 Şekil 2.15 LM 741 içyapısı ve ayak bağlantıları...................................................................................... 56 Şekil 2.16 LM747 nin iç yapısı ve ayak bağlantıları................................................................................ 56 Şekil 2.17 İşlemsel yükseltecin simetrik kaynaktan beslenmesi............................................................ 56 Şekil 2.18 İşlemsel yükseltecin tek kaynaktan beslenmesi.................................................................... 57 Şekil 2.19 İşlemsel yükselteç kılıf şekilleri ve boyutları......................................................................... 57 Şekil 2.20 LM741 ürün bilgi sayfası, genel açıklamalar......................................................................... 58 Şekil 2.21 LM741 ürün bilgi sayfası, sınır değerler................................................................................ 59 Şekil 2.22 LM741 ürün bilgi sayfası, elektriksel karakteristikler............................................................ 59 Şekil 2.23 LM741 ürün bilgi sayfası, kılıf şekilleri ve fiziksel ölçüler...................................................... 60 Şekil 3.1 Geri besleme prensibi............................................................................................................. 63 Şekil 3.2 Seri gerilim geri besleme......................................................................................................... 64 Şekil 3.3 Paralel gerilim geri besleme.................................................................................................... 64 Şekil 3.4 Seri akım geri besleme............................................................................................................ 64 Şekil 3.5 Paralel akım geri besleme....................................................................................................... 65 Şekil 3.6 Eviren yükselteç...................................................................................................................... 66 Şekil 3.7 Eviren yükselteç uygulama devre şeması................................................................................ 69 Şekil 3.8 İşlemsel yükselteç ile yapılan karşılaştırıcı devresi................................................................. 70 Şekil 3.9 Karşılaştırıcının sinüs-kare dalga dönüştürücü olarak kullanılması......................................... 72 Şekil 3.10 Karşılaştırıcının kontrol devresi olarak kullanılması.............................................................. 73 Şekil 3.11 Evirmeyen yükselteç............................................................................................................. 74 Şekil 3.12 Evirmeyen yükselteç uygulama devre şeması....................................................................... 75 Şekil 3.13 İşlemsel yükseltecin toplayıcı olarak çalışması..................................................................... 77 Şekil 3.14 İşlemsel yükseltecin toplayıcı devre olarak kullanılması....................................................... 78 Şekil 3.15 Gerilim izleyici....................................................................................................................... 80 Şekil 3.16 İşlemsel yükseltecin gerilim izleyici olarak kullanılması........................................................ 81 Şekil 3.17 Fark yükselteci....................................................................................................................... 82 Şekil 3.18 Fark Yükselteci uygulama devre şeması................................................................................ 83 Şekil 3.19 Alçak geçiren filtre uygulama devre şeması.......................................................................... 86 Şekil 3.20 Alçak geçiren filtre uygulama devre şeması.......................................................................... 88 Şekil 4.1 Temel osilatör blok diyagramı................................................................................................. 91 Şekil 4.2 Paralel tank devresi................................................................................................................. 93 Şekil 4.3 Sönümlü osilasyon.................................................................................................................. 93 Şekil 4.4 Opamplı wien köprü osilatörü................................................................................................ 94 Şekil 4.5 Tek kararlı multivibratör örnek zamanlama diyagramı........................................................... 95 Şekil 4.6 Transistörlü tek kararlı multivibratör...................................................................................... 96 Şekil 4.7 Lojik kapılarla yapılan tek kararlı multivibratör...................................................................... 97 Şekil 4.8 555 Entegresi ile yapılan tek kararlı multivibratör.................................................................. 97 Şekil 4.9 Transistörlü Schmitt trigger devresi........................................................................................ 98 Şekil 4.10 Transistörlü Schmitt Trigger karakteristik eğrisi................................................................... 98 Şekil 4.11 OP-AMP’lı faz çeviren Schmitt trigger devresi...................................................................... 99 vii  Elektronik II Şekil 4.12 OP-AMP’lı faz çeviren Schmitt-trigger devresi sinyal diyagramları (Time/div=5ms Volt/div- giriş=2V Volt/div-çıkış=5V)..................................................................................................................... 99 Şekil 4.13 Schmitt-trigger NOT kapısı.................................................................................................. 100 Şekil 4.14 Schmitt trigger not kapılı osilatör ve sinyal şekilleri........................................................... 100 Şekil 4.15 74HC14 CMOS entegreli schmitt-trigger osilatör örneği.................................................... 101 viii  Elektronik II BÖLÜM 1 1. AMAÇ Transistörlü Fark Yükselteçleri, Öğrenci, transistorün çalışma bölgelerini kavrayabilecek, DC ve AC analizini yapabilecektir. Transistörün anahtarlama ve yükselteç elemanı olarak kullanımını kavrayabilecektir. Bir transistörün yükselteç olarak çalışabilmesi için DC polarma gerekir. Doğrusal ve verimli bir çalışma için transistörlü yükselteç devresinde polarma akım ve gerilimleri iyi seçilmeli veya hesaplanmalıdır. Bu bölümde; DC yük hattı ve çalışma noktası (Q) gibi kavramların önemini ve özelliklerini kavrayacaksınız. 1.1 DC Yük Hattı Transistörlü yükselteç devrelerinde çalışma noktasının ve DC yük hattının önemini göstermek amacı ile şekil 1.1 a’da görülen devreden yararlanılacaktır. Bu devrede transistörün polarma akım ve gerilimleri, VBB ve VCC kaynakları ile ayarlanabilmektedir. Devredeki transistör için kollektör karakteristik eğrileri ise şekil 1.1 b’de verilmiştir. a) b) Şekil 1.1 Ayarlanabilen kaynaklarla DC polarma ve transistörün karakteristik eğrisi DC polarmanın etkisini ve önemini anlamak amacı ile şekil 1.1’deki devrede IB akımını farklı değerlere ayarlayalım. Ayarladığımız her bir IB akımı değerine karşılık transistörün IC ve VCE değerlerinin nasıl değiştiğini inceleyelim. İlk olarak VBB kaynağını ayarlayarak IB değerini 100 µA yapalım. Bu durumda transistörün kollektör akım IC; =. = 200. 100µA=20 mA olacaktır. Bu kollektör akımına karşılık transistörde oluşan kollektör-emiter gerilim düşümü VCE; = −(. ) =10-(20 mA. 200Ω)= 6V  Elektronik II olacaktır. Bulunan bu değerlere karşılık gelen transistörün çalışma noktası şekil 1.2 a da transistör karakteristiğinde gösterildiği gibi Q1 olacaktır. Transistörün beyz akımının IB=150µA yapılması durumunda ise kollektör akımı; =. = 200. 150µA=30 mA olacaktır. Bu kollektör akımına karşılık transistörde oluşan kollektör-emiter gerilim düşümü VCE; = −(. ) =10-(30 mA. 200Ω)= 4V olacaktır. Bulunan bu değerlere karşılık gelen transistörün çalışma noktası şekil 1.2 b de transistör karakteristiğinde gösterildiği gibi Q2 olacaktır. Son olarak IB akımını 200µA yapalım bu durumda transistörün çalışma noktasını bulalım. =. = 200. 200µA=40 mA olacaktır. Bu kollektör akımına karşılık transistörde oluşan kollektör-emiter gerilim düşümü VCE; = −(. ) =10-(40 mA. 200Ω)= 2V olacaktır. Bulunan bu değerlere karşılık gelen transistörün çalışma noktası şekil 1.2 c de transistör karakteristiğinde gösterildiği gibi Q3 olacaktır. Her IB akımı değerine bağlı olarak transistörün çalışma bölgesindeki değişimler şekil 1.2 üzerinde toplu olarak verilmiştir. a) IB =100µA değeri için transistörün Q1 çalışma noktası b) IB =150µA değeri için transistörün Q2 çalışma noktası  Elektronik II c) IB =200µA değeri için transistörün Q3 çalışma noktası Şekil 1.2 Çeşitli IB akımı değerlerinde transistörün çalışma noktasının değişimi 1.2 DC Polarma ve Çalışma Noktası Transistörlü yükselteç; girişinden uygulanan işaretleri yükselterek çıkışına aktarmak üzere tasarlanmış bir devredir. Transistör, yükselteç olarak çalışabilmesi için DC polarma gerilimlerine gereksinim duyar. Bu bölümde transistörlerin belli bir amaca uygun nasıl çalıştıklarına ilişkin çalışma bölgeleri incelenecektir. Bir aktif elemanın, yani transistörlerin çalışma bölgeleri denince ilk akla gelen o devrenin hiçbir iş yapmazken ne durumda olduğu akla gelmelidir. Örneğin bir yükseltecin volümü kısıkken içindeki transistörler ne durumda, üzerlerinden ne kadar akım geçiyor, bacakları arasında ki voltajlar nasıl gibi. Transistöre uygulanan polarma gerilimleri çıkış karakteristiği üzerinde transistörün çalışma noktasını belirler. Transistörün sahip olduğu polarma akım ve gerilim değerini gösteren bu nokta “çalışma noktası” ya da “Q noktası” olarak adlandırılır. Şekil 1.3’de bir transistörün çıkış karakteristiği üzerinde çeşitli çalışma noktası örnekleri verilmiştir. Örneğin DC polarma gerilimleri uygulanmasa idi transistörün çalışma noktası Q1 olurdu. Bu durumda transistör tümüyle kapalı olur ve girişinden uygulanan işaretleri yükseltmez idi. 1.2.1 Aktif Bölge Transistör doğru polarlamada bağlandığı zaman örneğin, NPN bir transistörün kollektörü pozitif, emitörü kollektöre göre negatif ve beyzi emitöre göre pozitif olduğu zaman aktif bölgede çalışır. Aktif bölgede kollektör akımı IC, kollektör geriliminden bağımsızdır. Kollektör voltajı VCC değiştirilirse IC akımı değişmez. IC akımı IB akımına bağlı olarak değişir. VCE voltajı VCC voltajının yarısı civarında ya da VCC den küçük, 1-2 volttan büyüktür.  Elektronik II Şekil 1.3 Transistörün çalışma bölgeleri 1.2.2 Doyum (Saturation) Bölgesi Emitör ve Kollektör voltajları birbirine çok yaklaştığında (burada bazen CB arası düz bayasta olabilir) transistör doyum bölgesine geçer. Doyum bölgesinde IC akımı artık en büyük değere ulaşmıştır. IB tarafından kontrol edilemez hale gelir. VCE voltajı çok küçülür. Transistör hızla ısınarak bozulabilir. Bu nedenle transistörler özellikle doyum bölgesinde uzun süre çalıştırılmamalıdır. 1.2.3 Kesim (Cut-Off) Bölgesi Beyz ve Emitör arası ters polarlandığı zaman ya da Beyz ve Emitör arası voltaj transistörün VBE açma voltajına eşit ya da küçük olduğu zaman transistör artık kesim bölgesindedir. Bu durumda VCC voltajı ne olursa olsun IC akımı akmaz. VCE voltajı VCC voltajına eşit olur. Aşağıdaki örnekte transistörlü bir devrenin hangi bölgede çalıştığını bulalım. Devremizdeki transistörün özellikleri; NPN Silisyum (VBE=0,6V) ß=100 VCC=12V RC=2,7K RB=200K VBB=5V  Elektronik II Önce, bu devre için çalışma bölgesini belirlemek için 1. ICmax akımını bulalım ICmax=VCC/RC ICmax=12/2,7 ICmax=4,44mA 2. IB akımı; IB=(VBB-VBE)/RB IB=(5-0,6)/200 IB=0,022mA 3. IC akımı; IC=ß x IB IC=100 x 0,022 IC=2,2mA 4. VCE voltajı; VCE=VCC - (IC x RC) VCE=12 - (2,2 x 2,7) VCE=6,06V Bulunan VCE değeri 6,06V olup VCC voltajının ortalarında bir değerdir. Bu durumda devrenin aktif bölgede çalıştığı söylenebilir. Q noktasının yeri 6,06V ve 2,2mA dir. Bu durum aşağıdaki şekilde görüldüğü gibidir. Aynı devrede RB direncini 100K yapılırsa, 1. ICmax=VCC/RC ICmax=12/2,7 ICmax=4,44mA 2. IB akımı; IB=(VBB-VBE)/RB  Elektronik II IB=(5-0,6)/100 IB=0,044mA 3. IC akımı; IC=ß x IB IC=100 x 0,044 IC=4,4mA 4. VCE voltajı; VCE=VCC - (IC x RC) VCE=12 - (4,4 x 2,7) VCE=0,12V Bulunan VCE değeri 0,12V olup VCC voltajının çok altlarındadır. Daha doğrusu transistor kısa devre gibi olmuştur. Bu durum devrenin doyumda çalıştığını gösterir. Q noktasının yeri 0,12 V ve 4,4 mA dir. Bu durum aşağıdaki şekilde görüldüğü gibidir. Şimdide birinci devredeki her şeyi aynı bırakıp VBB voltajını 0,6V yapalım. 1. ICmax=VCC/RC ICmax=12/2,7 ICmax=4,44mA 2. IB akımı; IB=(VBB-VBE)/RB IB=(0,6-0,6)/200 IB=0mA 3. IC akımı; IC=ß x IB IC=100 x 0 IC=0mA 4. VCE voltajı; VCE=VCC - (IC x RC)  Elektronik II VCE=12 - (0 x 2,7) VCE=12 V Bulunan VCE değeri 12 V olup anlaşılacağı gibi VCC voltajına eşittir ve hiç akım geçirmemektedir. Bu durumda devre kesimde çalışmaktadır. Q noktasının yeri 12 V ve 0 mA dir. Bu durum aşağıdaki şekilde görüldüğü gibidir. Yukarıdaki örnek çözümler, devrede bulunabilecek başka dirençlerle değişebilir. Buradan anlaşılması gereken, bir transistör üzerinde ölçümler yaparak o transistörün hangi bölgede çalıştığını anlamak olacaktır. Bir transistörün hangi bölgede çalıştığını biliniyorsa, bu devrenin yapısına bakılarak ya da hesaplanarak bulunabilir. Sonra üzerindeki gerilimler ölçülerek devrenin gerçekten doğru çalışıp çalışmadığı bulunabilir. 1.3 Lineer Çalışma Transistörün başlıca 3 çalışma bölgesi olduğu belirtilmişti. Bunlar; kesim, doyum ve aktif bölgelerdir. Transistör aktif bölgede çalışıyorken bütün çalışma noktaları kesim ve doyum bölgeleri arasındadır. Transistör eğer aktif bölgede çalışıyorsa girişine uygulanan işareti (sinyali) lineer olarak yükseltir. Lineer yükseltme işlemini incelemek amacıyla şekil 1.4 a’ da verilen devreden yararlanılacaktır. Başlangıçta devre girişine VS işaretinin uygulanmadığını düşünelim. Devrede beyz akımının IB=150µA ve kollektör akımının ise 30mA olduğunu kabul edelim. Bu durumda transistörün çalışma noktası VCE=4 V olacaktır. Bu nokta şekil 1.4 b’de transistör karakteristiği üzerinde gösterilen Q çalışma noktasıdır. Devre girişine VS kaynağından tepe değeri 50µA olan bir sinüs işareti uygulandığını varsayalım. Önce VS işaretinin pozitif saykılı geldiğini kabul edelim. Bu işaret; VBB kaynağı ile aynı yönde etki edecek ve beyz akımının yükselmesine neden olacaktır. Giriş işareti VS, pozitif tepe değerine ulaştığında beyz akımı da maksimum oranda yükselecektir. Bu anda IB=150+50=200µA olacaktır. Bu değer şekil 1.4 b’de karakteristikte “A” noktası olarak işaretlenmiştir. Buna karşılık kollektör akımı40mA değerine yükselecek, kollektör-emiter gerilimi ise 2V değerine düşecektir. Bu aşamadaki çalışmaya dikkat edilirse transistörün çalışma noktası A noktasına kaymıştır. Burada giriş işaretinde toplam 50µA’lik bir değişim vardır. Çıkış kollektör akımında ise 10mA’lik bir değişim söz konusudur. Dolayısıyla giriş işaretinin pozitif saykılı 200 kat yükseltilmiştir.  Elektronik II Giriş işaretinin negatif saykılında ise; bu işaret beyz akımını dolayısıyla kollektör akımını azaltacaktır. Transistör şekil 1.4 b’de karakteristik üzerinde gösterilen ve “B” olarak adlandırılan çalışma noktasına kayacaktır. Bu çalışma noktasında; IB=100 µA, IC=20 mA ve VCE=6 V değerine ulaşacaktır. Aynı şekilde dikkat edilirse giriş işaretinin 200 kat yükseltildiği görülecektir. a) Ayarlı kaynaklarla transistörlü polarma b) Yük hattı üzerinde sinyal davranışı devresi Şekil 1.4 Transistörlü yükselteç devresi ve yük hattı üzerinde sinyal davranışları Buraya kadar anlatılanlardan da anlaşılacağı gibi, devre girişinde AC giriş işareti yokken, transistör Q çalışma noktasında (sükunet noktası) kalmaktadır. Girişe bir sinyal gelmesi durumunda ise çalışma noktası bu sinyalin yönüne bağlı olarak aşağıya veya yukarıya kaymaktadır. Giriş işareti yükseltme işleminde Q noktasının etrafında salınmaktadır. Transistörün kesim veya doyum noktalarına ulaşmamaktadır. Çıkışta elde edilen işaret, giriş işaretinin yükseltilmiş bir formudur. Çıkış işaretinin dalga biçiminde herhangi bir bozulma yoktur. Bundan dolayı bu işleyişe “Lineer Çalışma” denir. Bu bölümde transistörün yükselteç olarak nasıl çalıştırılacağı anlatılacaktır. Yükselteç tasarımında dikkat edilmesi gereken özellikler belirlenip, küçük işaretlerin nasıl yükseltildiği anlatılacaktır. 1.4 Küçük Sinyal Yükselteci Tipik bir küçük sinyal yükselteç devresi şekil 1.5’te verilmiştir. Yükseltilecek sinüsoidal işaret transistörün beyz terminaline uygulanmıştır. Yükseltilmiş çıkış ise transistör kollektör terminalinden RL yükü üzerine alınmıştır. Rs direnci AC işaret kaynağının iç direncidir. Transistörün polarma gerilim ve akımlarını girişteki AC kaynaktan ve çıkıştaki RL yükünden yalıtmak amacı ile C1 ve C2 kondansatörleri kullanılmıştır.  Elektronik II Şekil 1.5 Gerilim bölücü polarmalı küçük işaret yükselteç devresi Başlangıçta yükselteç devresine AC işaretin uygulanmadığını, sadece DC kaynağın var olduğunu kabul edelim. Doğal olarak DC kaynak, transistör polarmasını sağlayacak ve çalışma noktasını belirleyecektir. Transistörün aktif bölgede çalıştığını kabul edelim. Bu durumda transistör iletimdedir. Belirli bir DC kollektör akım (IC) ve gerilimine (VCE) sahiptir. Transistör artık yükseltme işlemine hazırdır. Çünkü aktif bölgede çalışıyor. Şimdi transistörün beyz’inden küçük genlikli bir sinüsoidal işaretin uygulandığını varsayalım. Sinüsoidal işaretin pozitif saykılı beyz akımında artmaya neden olacaktır. Beyz akımının artması kollektör akımında da artmaya neden olacaktır. Giriş sinüsoidal işaretinin sıfıra inmesi durumunda ise mevcut beyz akımı değeri transistörün Q çalışma noktasındaki değere geri dönmesine neden olacaktır. Giriş sinüsoidal işaretinin negatif saykılı ise beyz akımını azaltıcı yönde etki edecektir. Dolayısıyla transistörün Q noktasındaki kollektör akımı değerini de azaltacaktır. Bu durum giriş sinüsoidal işareti var olduğu sürece tekrarlanacaktır. Yükselteç girişine uygulanan sinüsoidal işaretin transistörün çalışma noktası (Q) değerlerinde oluşturduğu değişim (yükselme-azalma) şekil 1.6’da grafiksel olarak gösterilmiştir. Grafikten de görüldüğü gibi giriş beyz akımındaki çok küçük bir miktar değişim, transistörün çıkış kollektör akımında büyük miktarlarda değişime neden olmaktadır. Kısaca girişten uygulanan işaret, çıkışta yükseltilmiştir. Grafikten görüldüğü gibi giriş beyz akımındaki değişim μA düzeyinde olurken, çıkış kollektör akımındaki değişim ise mA düzeyindedir. Şekil 1.6’da verilen grafiği analiz edelim. Transistör sükunet halinde (girişte AC işaret yok) Q çalışma noktasında IB=30 μA, IC=3 mA ve VCE=4V değerlerine sahiptir. Transistör (yükselteç) girişine tepe değeri 10 μA olan bir sinüsoidal işaret uygulandığında ise; Transistörün beyz akımındaki değişim 20 μA ile 30 μA arasında olmuştur. Buna karşılık transistörün kollektör akımı 2 mA ile 4 mA arasında değişmiştir. Sonuçta; transistör girişine uygulanan ve tepe değeri 20μA olan sinüsoidal işaret, çıkıştan yine sinüsoidal olarak fakat tepe değeri 4mA olarak alınmıştır. Aynı şekilde VCE değerinde de bir değişim söz konusudur.  Elektronik II Şekil 1.6 Yükselteç devresinde yükseltme işleminin grafiksel analizi 1.5 Transistörün AC Eşdeğer Devresi Transistörlü yükselteçlerin AC işaretlerde analizi oldukça karmaşık yapılar ortaya çıkarabilir. Analizi kolaylaştırıp pratik hale getirmek için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Küçük sinyal analizinde en uygun ve pratik yöntem; transistorün eşdeğer devre modellerinden yararlanmaktır. Transistörün AC eşdeğer devre modellemesinde kullanılan başlıca iki tip parametre vardır. Bunlar; h veya hibrid parametresi, diğeri ise re parametresi olarak bilinir ve tanımlanırlar. 1.5.1 Küçük Sinyal Yükseltme İşlemi Küçük sinyal analizi transistörü AC domende temsil etmek için kullanılan modelleri içerir. 1. Karma (hibrid) model 2. re model Üretici firmalar bilgi sayfalarında belirli bir çalışma noktası (veya bölgesi) için karma parametreleri vermektedir. re modelinin parametreleri, bu bölgede doğrudan karma parametreler kullanılarak bulunabilir. Karma eşdeğer devre, doğru sonuç verebilmesi için belirli çalışma koşulları ile sınırlıdır. re modelin parametreleri, iletim bölgesi içinde herhangi bir çalışma noktası için hesaplanabilir (bilgi sayfalarında verilen tek bir parametre grubu ile sınırlı değildir). Ancak re modeli, çıkış empedans düzeyini ve çıkıştan girişe geri besleme etkisini belirleyen parametreye sahip değildir. Her iki yöntem de yaygın olarak kullanılır ve birbirleri ile alakalıdır.  Elektronik II 1.5.2 Transistörün Karma Eşdeğer Devresi Karma eşdeğer devresini elde edebilmek için iki-port teorisi kullanılır. Şekilden görüldüğü üzere temel üç-uçlu elemanların iki portu bulunur. Giriş (Vi, Ii) ve çıkış (Vo, Io) iki değişkenle ifade edilir. Şekil 1.7 İki port sistemi Bu 4 değişken arasındaki ilişki, Vi = h11 Ii + h12 Vo (*) şeklinde ifade edilebilir. Io = h21 Ii + h22 Vo 4-değişken arasındaki ilişkileri belirleyen parametreler, “hibrid” (karma) sözcüğünün baş harfi kullanılarak h-parametreler adı verilir. Vi = h11 Ii + h12 Vo Io = h21 Ii + h22 Vo h-parametrelerin bulunması ve anlamları; Birinci denklem ile, 1. Vo = 0 ⇒ ℎ = (birimi Ω) kısa devre giriş empedans parametresi 2. Ii = 0 ⇒ ℎ = (birimsiz) açık devre ters yönde transfer gerilimi oranı parametresi İkinci denklem ile, 3. Vo = 0 ⇒ ℎ = (birimsiz) kısa devre ileri yönde akım oranı parametresi 4. Ii = 0 ⇒ ℎ = (siemens) açık devre çıkış admitansı Not:1 denkleminin terimleri volt biriminde olduğu için, bu eşitliği sağlayan devreyi elde etmek için KGK ‘nu tersten uygulamak gerekir. 2 denkleminin terimleri amper biriminde olduğu için, bu eşitliği sağlayan devreyi elde etmek için KAK ‘nu tersten uygulamak gerekir.  Elektronik II Temel 3-uçlu elemanın AC eşdeğer devresi h-parametreleri aşağıdaki şekilde kullanılır. Karma giriş devresi Karma çıkış devresi Şekil 1.8 Karma eşdeğer devresi h11→hi: Giriş direnci h12 → hr: Ters transfer gerilim oranı h21 → hf: İleri transfer akım oranı h22 → ho: Çıkış iletkenliği Şekil 1.9 Tam karma eşdeğer devresi Yukarıdaki eşdeğer devre bağımsız kaynak içermeyen herhangi bir 3-uçlu doğrusal elektronik elemana veya sisteme uygulanabilir. Transistör 3-uçlu eleman olduğu için eşdeğer devre; Şekil 1.10 Transistörün 3-uçlu eşdeğer devresi Transistör modeli 3-uçlu 2-portlu bir sistemdir. Bununla birlikte h-parametreleri her bir bağlantı türü için değişir. Hangi bağlantı şeklinin kullanıldığını göstermek için h- parametreye bir indis eklenir.  Elektronik II Ortak beyzli devrelerde b harfi, Ortak emiterli devrelerde e harfi, Ortak kollektörlü devrelerde c harfi. Aşağıda, Ortak emiterli düzenleme standart sembolleri ile görülmektedir. Şekil 1.11 Ortak emiterli transistör ve standart sembolü Burada; = , = = , = Aşağıda, Ortak beyzli düzenleme standart sembolleri ile görülmektedir. Şekil 1.12 Ortak beyzli transistör ve standart sembolü Burada; = , = = , = Ortak-emiterli ve ortak-beyzli devrelerde hr ve ho ve değerleri çok küçüktür, giriş-çıkış empedans ve akım-gerilim kazançları bu değerlerden çok az etkilenir. hr≈0, hr.Vo=0 alınır. Eşdeğer devrede bu eleman açık devre alınabilir. ho≈0 ⇒ = ∞ alınır. Eşdeğer devrede bu eleman açık devre alınabilir. Ayrıca modeldeki hf Ii akım kaynağının, giriş akımına bağımlı olduğu  Elektronik II unutulmamalıdır. Bunlara göre ortak-emiterli bağlantının yaklaşık eşdeğer devresi; Şekil 1.13 Ortak emiterli transistorün yaklaşık eşdeğer devresi Burada; = , = =ℎ. =ℎ , Zo için Vi=0 => Ib=0, hfe.Ib=0 =∞ 1.5.3 Transistörün re modeli hie parametresi transistör bilgi sayfalarında belirli bir çalışma noktası için tanımlıdır. Çalışma koşulları, katalog verilerinden farklı olması durumunda hibrid model kullanılamaz. re modeli doğrudan, devrenin DC çalışma koşulları kullanılarak belirlendiğinden üretici firmanın verdiği verilere bağımlı değildir. re model bir diyot ve akım kontrollü kaynak ile transistörün davranışlarını belirler. Transistör jonksiyonlarından birisi iletime diğeri tıkamaya kutupludur. İletime kutuplanmış jonksiyon diyot gibi davranış gösterir (VCE değişimlerinin ihmal edilmesi ile) 1.6 Ortak Beyzli devre Şekil 1.14 Transistörün diyot ve akım kontrollü eşdeğer devresi Çıkış karakteristiğinden görüldüğü gibi giriş akımı çıkış akımına yaklaşık (α≈1) eşittir. Ortak beyzli devrelerin giriş empedansı, diyotun dinamik direnci ile belirlenir.  Elektronik II 26 = Ortak beyzli devre için diyot akımı emiter akımdır; 26 = e indisi, emiter akımının DC seviyesi, ac direnç seviyesini belirlediğinden kullanılmaktadır. Burada; = (5 − 10 Ω ∙∙ 50Ω), ç =0 ⇒ =0 ğ = ∞ Şekil 1.15 Transistörün re modeli 1.6.1 Ortak beyzli bağlantı için hibrid-re model ilişkisi; ℎ = ℎ = −1 Hibrid Model re Model Şekil 1.16 Ortak beyzlli transistor ün hibrid ve re model ilişkisi 1.7 Ortak Emiterli Devre Şekil 1.17 Ortak emiterli transistorün diyot ve akım kontrollü eşdeğer devresi = ( + 1) ≅. = ≅. ≅.. ⟹ =.  Elektronik II Şekil 1.18 Ortak emiterli transistorün re model eşdeğer devresi Burada; =. Zo için Vi=0 => Ib=0 olduğundan =∞ 1.7.1 Ortak emiterli bağlantı için hibrid-re model ilişkisi; Şekil 1.19 Ortak emiterli bağlantı için hibrid-re model ilişkisi ℎ =. =ℎ re modelinde öncelikle DC analiz yapılıp Ie akımı bulunmalıdır. Transistör bağlantı düzenlemeleri için tipik parametre değerleri Tablo 1.1 CE, CC ve CB transistörler için tipik parametre değerleri Parametre Ortak-E Ortak-C Ortak-B hi 1KΩ 1KΩ 20Ω hr 2.5x10-4 ≈1 3.0x10-4 hf 50 -50 -0,98 ho 25µA/V 25µA/V 0.5µA/V 1/ho 40KΩ 40KΩ 2MΩ  Elektronik II 1.8 Transistör küçük sinyal analizi Analiz için aşağıdaki adımlar sıra ile gerçekleştirilmelidir. 1. h-parametreleri verilmemişse, DC analiz yapılarak re parametre bulunur. 2. AC devre çizilir; DC gerilim kaynakları kısa devre, akım kaynakları açık devre, büyük değerli kondansatörler kısa devre yapılarak AC devre çizilir (Kullanılan C ‘ler çalışma frekansında çok büyük bir reaktansı olacak şekilde seçilir, kullanım amaçları katlar arasında yalıtım yapmak ve köprüleme yapmaktır). 3. Devre basitleştirilir. 4. Transistör yerine modeli konulur. 5. AC analiz yapılır; (Zi: giriş empedansı, Zo: çıkış empedansı, Av: gerilim kazancı, Ai: akım kazancı hesaplanır) Analizlerde öncelikle yaklaşık eşdeğer devre kullanılacaktır. 1.8.1 Ortak Emiterli Bağlantının Küçük Sinyal Analizi Tipik bir ortak emiterli yükselteç devresi şekil 1.20’de verilmiştir. Bu yükselteç devresi ortak emiterli devrenin çalışma prensibini anlayabilmeniz için geliştirilmiştir. Pratikte bir yükselteç devresinde iki adet DC besleme kaynağı kullanılmaz. Şekil 1.20 Tipik bir ortak emiter bağlantılı yükselteç devresi Yükseltilecek veya kuvvetlendirilecek giriş işareti yükseltecin beyz-emiter terminalleri arasından uygulanmıştır. Çıkış işareti ise; yükseltecin kollektör-emiter terminalleri arasından alınmıştır. Dolayısı ile emiter terminali giriş ve çıkış işareti için ortak uçtur. Bundan dolayı bu yükselteç ortak emiterli yükselteç (OE) olarak adlandırılır. Ortak emiter bağlantılı yükselteç devresinin temel özellikleri aşağıda sıralanmıştır.  Gerilim Kazancı (Voltage Gain) : Var  Akım Kazancı (Current Gain) : Var  Güç Kazancı (Power Gain) : Var, yüksek  Sinyal Faz Çevrimi: Var, 180o  Giriş Empedansı: Orta düzeyde (500Ω-1kΩ)  Çıkış Empedansı: Orta düzeyde (10KΩ-50KΩ)  Elektronik II Gerilim bölücülü DC polarmaya sahip ortak emiterli yükselteç devreleri pratikte sık kullanır. Pek çok cihaz ve sistemin tasarımında kullanılan böyle bir yükselteç devresi şekil 1.21’de verilmiştir. Şekil 1.21 Ortak emiter bağlantılı gerilim bölücülü yükselteç devresi Devrede Vs giriş sinyal kaynağıdır. Rs direnci ise sinyal kaynağının iç direncidir. Yükseltilecek sinyal transistörün beyzine C1 kapasitörü üzerinden uygulanmaktadır. C1 değeri yeterince büyük (1µF-100µF) seçilmelidir. Çıkış sinyali ise kollektör üzerinden C2 kapasitörü ile RL yük direnci üzerine alınmaktadır. C2 değeri de C1 gibi uygun değerde seçilmelidir. Transistörün emiterine bağlı RE direnci, AC çalışmada transistörün kazancını azaltmaktadır. Orta frekans bölgelerinde çalışmada RE’nin bu etkisi paralel bağlı CE kapasitörü tarafından yok edilmiştir. Bu nedenle CE kapasitörüde yeterince büyük (1µF-100µF) seçilmelidir. CE kapasitörü sadece DC çalışmada transistörün kararlılığını sağlamaktadır. Bu nedenle bu kapasitöre emiter bypass kapasitörü denilmektedir. Şekil 1.21 de verilen ortak emiter bağlantılı yükselteç devresinin analizi iki aşamada gerçekleştirilir. İlk aşama DC analizdir. Devrenin DC analizini yapalım. 1.8.1.1 DC Analiz Devrenin DC analizi için ilk adım, DC eşdeğer devreyi çizmektir. DC eşdeğer için devrede bulunan kapasitörler açık devre kabul edilir ve Vs sinyal kaynağı dikkate alınmaz. Bu koşullar yerine getirildiğinde oluşan DC eşdeğer devre şekil 1.22’de verilmiştir. Şekil 1.22 Ortak emiter bağlantılı yükselteç devresinin dc eşdeğer devresinin çıkarılması  Elektronik II Devrenin DC analizini yapalım. DC analizde transistörün polarma akım ve gerilimleri hesaplanarak çalışma bölgesi belirlenmekteydi. O halde, thevenin eşdeğer devresinden yararlanarak; 12 =. = ∗ 5.6 Ω = 2.06 + 27 Ω + 5.6 Ω 27 Ω 5.6 Ω = = = 4.63 Ω + 27 Ω + 5.6 Ω − 2.06 − 0.7 1.36 = = = = 2.64 4.63 Ω 515 Ω + ( + 1) 101 + 470 Ω 2.64 = = = 26 ( + 1) 101 = = 100 26 = 2.6 = − = 12 − 2.6 2.2 Ω = 6.28 V = = 2.64 470Ω = 1.24 = − = 6.28 − 1.24 = 5.03 Bulunan sonuçlarda transistörün aktif bölgede çalıştığı görülmektedir. O halde AC analize geçebiliriz. 1.8.1.2 AC Analiz Devrenin AC analizi için ilk adım, AC eşdeğer devreyi çizip daha sonra hibrid-π modelini çıkarmaktır. DC eşdeğer için devrede bulunan DC kaynaklar ve kapasitörler kısa devre kabul edilir. Bu koşullar altında oluşan AC eşdeğer devre şekil 1.23’de verilmiştir. Şekil 1.23 Ortak emiter bağlantılı yükselteç devresinin DC eşdeğer devresinin çıkarılması Yükselteç devresinin küçük sinyal eşdeğer devresi için ikinci aşama ise transistörün eşdeğer modelini yerleştirmektir. Bu işlem sonucunda ortak emiterli yükselteç devresinin küçük sinyaller için eşdeğer devre modeli şekil 1.24’de verilmiştir.  Elektronik II a) b) c) Şekil 1.24 Ortak emiterli yükselteç devresinin küçük sinyaller için eşdeğer devre modeli Giriş empedansı; Zi = RB || hie RB >> hie olduğundan Zi ≅ hie Çıkış empedansı; Çıkış empedansı giriş kısa devre iken belirlenir. Giriş kısa devre ise bağımlı akım kaynağı sıfır olur, yani açık devredir. Zo =RC || ∞ ⟹ =  Elektronik II Gerilim Kazancı; = RB >> hie ⟹ = =−. = −ℎ.. = −.ℎ ⟹ = ℎ Vo ifadesinde yerine yazılırsa; −ℎ.. ⟹ =−. ℎ Görüldüğü gibi girişle çıkış arasında 180o faz farkı vardır. Şekil 1.25 Ortak emiterli yükselteç devresinde faz farkı Akım Kazancı; ℎ. = = =ℎ hfe=β ve hie=β.re yazılarak diğer model için sonuçlara ulaşılabilir. Örnek: Aşağıdaki yükseltici devresinde Zi, Zo, Av, Ai değerlerini her iki modeli kullanarak bulunuz (hfe=100, Ic=2mA → hie=1300 ohm, RB=560k, RC=3k, VCC=12V).  Elektronik II 1.8.2 Gerilim Bölücülü Bağlantının Küçük Sinyal Analizi a) RBB b) RBB c) Şekil 1.26 a) Ortak emiterli gerilim bölücülü yükselteç devresi b) hibrid eşdeğer devresi, c) re eşdeğer devresi Şekil 1.26 da ki devre gerilim bölücülü devredir. Bu devrede kullanılan RB1 ve RB2 dirençleri, giriş devresindeki VB gerilimini belirlemek amacıyla kullanılır. Yaklaşık karma eşdeğer devreyi yerine koyarsak şekil 1.26 b de ki devreyi elde ederiz. Burada RB1 ve RB2 dirençlerinin eşdeğeri;. = // = +  Elektronik II Devrenin giriş empedansı;.ℎ = //ℎ = +ℎ re modeli için. = // = + olur. Devrenin çıkış empedansı; = olur. Her iki modelde de voltaj kazancı Av; = ∙ = −ℎ ∙ ∙ = −ℎ ∙ ∙ ℎ ve ℎ = =− ∙ ℎ re modeli için; =− olur. RBB direnci çoğu zaman hie direncine ihmal edilemeyecek derecede yakın olduğundan, akım kazancı hesaplanırken RBB direncinin etkisi dikkate alınmalıdır. Şekil 1.26 b devresi üzerinden hesap yapılacak olursa;. = +ℎ veya = +ℎ çıkış tarafı için  Elektronik II =ℎ ∙ ya da =ℎ Akım kazancı; = =. =ℎ +ℎ ℎ ∙ = +ℎ RBB>>hie ise, ℎ ∙ = =ℎ olur. re modeli için; ∙ = + RBB>>βre için = olur. Örnek: Aşağıdaki yükseltici devresinde Zi, Zo, Av, Ai değerlerini bulunuz (β=90, RB1=56k, RB2=5.6k, Rc=10k, RE=1.5k, VCC=22V)  Elektronik II 1.8.3 Ortak Emiterli Köprülenmemiş Bağlantının Küçük Sinyal Analizi Şekil 1.27 Ortak Emiterli köprülenmemiş bağlantı AC Eşdeğeri Şekil 1.28 Ortak Emiterli köprülenmemiş bağlantı AC eşdeğeri Giriş Empedansı; Zi = RB || Zb Zb ‘nin bulunması; =.ℎ + 1 + ℎ.. , = = ℎ + (1 + ℎ ) + 1 + ℎ. ℎ ≫ 1 olduğundan =ℎ +ℎ. çoğu uygulamada ℎ. ≫ ℎ olduğundan ≅ℎ.  Elektronik II Örnek: Aşağıdaki yükseltici devresinde Zi, Zo, Av, Ai değerlerini bulunuz (hfe=120, hie=560, RB=270k, RC=5.6k, RE=1.2k) DC analiz; IB=46.5 µA IE=5.578 mA re=4.66 Ω = 560 + (1 + 120) 1.2 = 145.8 ℎ ≫ 1 olduğundan =ℎ +ℎ. çoğu uygulamada ℎ. ≫ ℎ olduğundan ≅ℎ. =120.1 x 2k =144 k Zi = RB || Zb =270k // 144k =93.9k 5.6 = =− =− = −4.67 1.2 270 = =ℎ = 120. = 78.261 + 270 + 144 olur. 1.8.4 Emiter İzleyici Bağlantının Küçük Sinyal Analizi Çıkışın emiterden alınmasıyla devre emiter izleyici olarak çalışır. Çıkış gerilimi girişle aynı fazdadır. Gerilim kazancı Av≈1 dir. Empedans uydurmak için kullanılır. Girişte yüksek çıkışta düşük empedans özelliği gösterir. Yükün kaynak empedansına uydurulup, maximum güç transferi sağlanmış olur. Şekil 1.29 Emiter izleyici bağlantısı  Elektronik II Örnek: Aşağıdaki yükseltici devresinde Zi, Zo, Av, Ai değerlerini bulunuz (hfe=98, RB=220k, RE=3.3k, VCC=12V) Cevap: re=13Ω Zi=131.68k Zo=12.9 Av=0.996 Ai=39.75 1.9 Ortak Beyzli devrelerin küçük sinyal analizi Düşük giriş ve çıkış empedansı vardır. Akım kazancı < 1 dir. Ancak gerilim kazancı oldukça yüksektir. Şekil 1.30 Ortak Beyzli devrelerin hibrid ve re eşdeğer devreleri Hibrid model için; Giriş Empedansı; = ∥ ℎ Çıkış empedansı; Çıkış empedansı giriş kısa devre iken belirlenir. Giriş kısa devre ise bağımlı akım kaynağı sıfır olur, yani açık devredir = ∥ ∞ ⇒ =  Elektronik II Gerilim Kazancı; = =. =. = −ℎ.. =.ℎ ⇒ = ℎ Vo ifadesinde yerine yazılırsa; ℎ = −ℎ.. ⇒ =−. ℎ ℎ hfb negatif bir değere sahip olduğundan, ortak – beyzli düzenlemede Vo ve Vi aynı fazdadır. =. =. =. ⇒ = Vo ifadesinde yerine yazılırsa; =. ⇒ = Akım Kazancı; ≫ ⇒ = , = −ℎ. ⇒ = −ℎ. ⇒ = −ℎ re modeli için; ≫ ⇒ = , = ⇒ = = ⇒ =1 Örnek: Aşağıdaki devre için Zi, Zo, Av ve Ai ’yi belirleyiniz?  Elektronik II 1.10 Kollektör Geri beslemeli devrelerin küçük sinyal analizi Kararlılığı arttırmak için bir değeri besleme direnci eklenmiştir. Ancak C3 kondansatörü, bu dc geri besleme direncinin bir bölümünü, AC durumdaki devrenin giriş ve çıkışına kaydırır. Giriş ve çıkışa kaydırılan Rf oranı, istenilen AC giriş ve çıkış direnç seviyeleri ile belirlenir. Şekil 1.31 Kollektör Geri beslemeli devreleri Örnek: Aşağıdaki devre için Zi, Zo, Av ve Ai’yi belirleyiniz? (Rf1=120k, Rf2=68k, Rc=3k, Vcc=12, β=140). Cevap: re=10.04 Ω Zi=1.38 k Zo=2.87 k Av=-285.86 Ai=132.54  Elektronik II Şekil 1.32 Kollektör geri beslemeli devrenin hibrid modeli Gerilim Kazancı; C noktasına göre KAK yazılırsa; Io=Ic+I’, Ic=hfe.Ib => Io=hfe.Ib+I’ Beyz akımı kollektör akımından çok küçüktür, ℎ. ≫ ⇒ ≅ ℎ. ⇒ =. =−.ℎ. =.ℎ ⇒ = ℎ Beyz akımı çıkış gerilimi denkleminde yerine yazılırsa;. =−.ℎ. ⇒ =− + − = 0,. ℎ + ( − ). Akım Kazancı; +. =0 Kesikli çizgilerle çizilen yola KGK uygulanırsa; ≅ℎ. ⇒ = ℎ.ℎ + −. +. =0 ℎ ℎ ℎ + + =. ℎ ℎ = ⇒ ℎ + + ℎ ℎ.ℎ = Giriş Empedansı; ℎ + +ℎ. Rf direncinden dolayı Vi / Ii formatında bulunmalıdır. ℎ ≪ ℎ ≪ ℎ. ⇒.ℎ = +ℎ..ℎ ≪ℎ. ⇒ = =  Elektronik II B noktasında göre KAK, − − = + , = ⇒ = + ≫ ⇒ ≅ + , =.ℎ ⇒ = ℎ = + ⇒ = +.ℎ ℎ...ℎ = ⇒ =. , = +.ℎ =.ℎ +. 1− =.ℎ ⇒ = Z=X//Y. = + Her iki taraf X e bölünürse, = 1+ Y=hie ve X=Rf/Av = = ℎ // Giriş empedansından önce gerilim kazancı bulunmalıdır. Çıkış empedansı; Çıkış empedansı için giriş gerilimi toprağa çekilir. = //  Elektronik II Örnek: Aşağıdaki devre için Zi, Zo, Av ve Ai’yi belirleyiniz? (Rf=180k, Rc=2.7k, Vcc=9, β=200). Cevap; re=11.3Ω.ℎ. = =− = = −238.94 ℎ..ℎ. = = = 50 +ℎ. +. 180 =. // = (200 ∙ 11.3)// = 0.565 −238.94 = // = 2.7 //180 = 2.66 Ω Örnek: Aşağıdaki devre için Zi, Zo, Av ve Ai’yi belirleyiniz?  Elektronik II 1.10.1 Kollektörlü Yükselteç Tipik bir ortak kolektörlü yükselteç devresi şekil 1.33’de verilmiştir. Bu yükselteç devresinde giriş sinyali (işareti) transistörün beyz-emiter uçları arasından uygulanmıştır. Çıkış işareti ise emiter-kollektör terminalleri arasından alınmıştır. Şekil 1.33 Tipik bir ortak kollektör bağlantılı yükselteç devresi Ortak kollektör devresi “emiter izleyici devre” olarak da adlandırılmaktadır. Giriş direncinin yüksek, çıkış direncinin alçak olmasından dolayı tampon (buffer) veya izolasyon amacı ile yaygın olarak kullanılmaktadır. Şekil 1.33’te görüldüğü gibi giriş işareti yükseltece beyz terminalinden uygulanmıştır. Çıkış ise emiter terminalinden alınmıştır. Devrede ilk bakışta kollektör terminali giriş ve çıkış işareti için ortak uç olarak gözükmektedir. Fakat AC çalışmada, DC kaynaklar kısa devre kabul edildiğinden, kollektör terminali doğrudan şase terminaline bağlı kabul edilmektedir. Dolayısıyla ortak uç kolektördür. Ortak kollektör bağlantılı yükselteç devresinin temel özellikleri aşağıda sıralanmıştır.  Giriş Empedansı: Yüksek; yaklaşık 20KΩ-300KΩ  Çıkış Empedansı: Alçak; yaklaşık 300Ω-500Ω  Gerilim Kazancı: Yok; 1’den az  Akım Kazancı: Var; IE/IB  Güç Kazancı: Var.  İşaret Faz Çevrimi: Yok.  Genel Kullanım Alanı: Tampon yükselteci ya da emiter izleyici Devrede kullanılan RS direnci yükseltece uygulanan sinyal kaynağının (VS) iç direncidir. Ortak kolektörlü yükseltecin gerilim kazancı yoktur. Dolayısı ile çıkış sinyali giriş sinyalinden düşük olacaktır. Fakat akım kazancı vardır.  Elektronik II BÖLÜM 2 2. İŞLEMSEL YÜKSELTECİN YAPISI 2.1 Yükselteçlerin Genel Özellikleri Şekil 2.1 Yükselteç sembolü ve yükseltme Elektronik sistemlerle işlenecek sinyallerin hemen hepsi düşük genlikli yani zayıf sinyallerdir. Örneğin insan vücudundan alınan biyoelektrik sinyaller ya da cep telefonumuza ulaşan elektromanyetik dalgalar son derece zayıf elektriksel sinyallerdir. Elektronik sistemlerin pek çoğunda yeterli derecede yükseltilmiş elektriksel sinyallere ihtiyaç duyulur. Elektriksel sinyallerin istenilen derecede kuvvetlendirilmesi için yükselteç (amplifikatör) devreleri kullanılır. Yükselteçler akım ya da gerilim, dolayısıyla güç kazancı sağlamak amacıyla kullanılan devrelerdir. Şekil 2.1’de bir yükseltecin sembolü görülmektedir. Yükselteç, girişine uygulanan küçük elektriksel sinyalleri, kaynaktan aldığı enerjiyi de kullanarak, devresindeki aktif devre elemanları yardımıyla çıkışına büyütülmüş olarak aktarır. Bunu yaparken güç kaynağından almış olduğu enerjiyi giriş sinyaliyle aynı özellikte, fakat güçlendirilmiş bir çıkış sinyali elde etmek üzere işler. Yani yükseltecin çıkışından alınan elektriksel sinyalin gücü, girişine uygulanan sinyalin gücünden daha büyüktür. Şekil 2.2 Ses yükseltme işlemi Bir spor salonunda oynanan maçla ilgili anonsların kalabalık bir seyirci topluluğuna duyurulabilmesi amacıyla ses yükselteçleri kullanılır. Ses yükselteçleri mikrofon ile hoparlör arasında çalışır ve herkes tarafından duyulabilmesi için ses gücünü yükseltir. Yükselteçler girişlerine uygulanan sinyalin akım ya da gerilimini yükseltmek suretiyle çıkışta bir güç kazancı sağlar. Şekil 2.2’de bir ses yükseltecinin çalışma prensibi canlandırılmıştır. Elektrik  Elektronik II elektronik teknolojisinde ihtiyaca göre pek çok türden yükselteç kullanılmaktadır. Çalışma şekline göre, kullanım şekline göre, bağlantı şekline göre, frekans durumuna göre, yükün rezonans durumuna göre yükselteçleri sınıflandırabiliriz.  Düşük frekans yükselteçleri  Ses frekans yükselteçleri  Ultrasonik yükselteçler  Radyo frekans yükselteçleri  Geniş band yükselteçleri  Video yükselteçleri  Enstrümantasyon yükselteçleri  Küçük sinyal yükselteçleri  Büyük sinyal yükselteçleri Her sistemin çalışma standartlarını ifade eden bazı özellikleri vardır. Bu özellikler sistemin tanımlanmasında kolaylıklar sağlamaktadır. 2.1 Kazanç Yükseltecin girişine uygulanan sinyalin çıkışta ne kadar yükseltildiği “kazanç katsayısı” ile ifade edilir. Kazanç katsayısı ürün bilgi sayfalarında G (gain) ya da Av (Amplitude voltage) olarak gösterilmekte olup, bundan sonraki bölümlerde biz K olarak kullanacağız. Kazanç bir sisteme verilen girdinin çıkışta ne kadar arttığını ifade eden bir katsayıdır ve birimsizdir. Herhangi bir sistemin kazanç katsayısı aşağıdaki bağıntı ile ifade edilebilir. Ç ş ğ = ş ğ Örnek: Bir elektronik parça satıcısı 10 TL ye almış olduğu entegre devreyi 20 TL ye satmaktadır. Satıcının kazanç katsayısı/oranı nedir. 20 = =2 10 TL para biriminin hem bölen hem de bölünen kısımda olduğuna dikkat ediniz. Bölme sonucunda TL’ ler birbirini götürür, sonuç bir katsayıdan ibarettir ve birimsizdir. Kazanç katsayısı 2 olan satıcı bu entegreleri 7 TL’ ye aldığında kaç TL’ ye satması gerekir. Çıkış = Giriş * K Çıkış = 7 TL * 2 = 14 TL  Elektronik II 2.2 Giriş Direnci Birden fazla elektronik devre art arda bağlandığında, kaynak devrenin çıkışından, alıcı devrenin girişine doğru bir akım akışı olur. Bu akımın miktarı kaynak devrenin çıkış direnci ve alıcı devrenin giriş direncine bağlıdır. Giriş direnci, bir devrenin kendinden önce gelen devrenin çıkış akımına karşı ne kadar zorluk göstereceği ya da kendinden önce gelen devreden ne kadar akım çekeceğini ifade eden bir özelliğidir. Ohm kanunu ile ilgili bilgilerinizi hatırlayınız. Ürün bilgi sayfalarında Ri olarak gösterilen bu özelliği biz Rg olarak kullanacağız. = ç Bir devrenin giriş direncinin düşük olması, kendisinden önce gelen devreden, yani kendisine sinyal sağlayan devreden fazla akım çekmesi, anlamına gelir. Bu durum önceki devrenin yeteri kadar akım verebilmesi, yeteri kadar güçlü olmasını gerektirir. Yüksek giriş direncine sahip bir devre ise, kendinden önce gelen devreden az miktarda akım çekerek önceki devrenin aşırı yüklenmesine ve bundan dolayı sinyal bozulmalarına neden olmaz. Dolayısıyla bu tür devrelerin girişine düşük çıkış gücüne sahip başka devreleri herhangi bir yükseltme işlemine gerek kalmaksızın bağlayabiliriz. 2.3 Çıkış Direnci Bir devrenin çıkış direnci devrenin çıkışından ne kadar akım çekilebileceğinin, bir başka anlatımla devrenin ne kadar akım verebileceğinin bir göstergesidir. Çıkış direnci aynı zamanda, bir devrenin çıkış terminali ile toprak arasında görülen direnç olarak ta tarif edilebilir. Maksimum güç transferi ile ilgili bilgilerinizi hatırlayınız. Bilindiği gibi bir devreden maksimum enerji çekebilmek için devrenin çıkış direnci ile alıcı devrenin giriş direncinin eşit olması gerekir. Eğer önceki devrenin çıkış direnci yük devresinin giriş direnci ile uyumlu değilse bu durumda önceki devrenin çalışmasında sorunlar ortaya çıkacaktır. Kaynak devre bir osilatör ise, çalışma frekansında kayma ya da tamamen osilasyonun durması, bir yükselteç ise kazançta değişme gibi sorunlar ortaya çıkacaktır. Bu tür sorunlar ile karşılaşmamak için kaynak devrenin çıkış direnci ile yük devresinin giriş direncinin birbirine eşit olması hedeflenir. Bu özellik ürün bilgi sayfalarında Ro olarak ifade edilmektedir, bundan sonra Ro olarak kullanılacaktır. 2.4 İşlemsel Yükselteçlerin Özellikleri İşlemsel yükselteçlerin temel özellikleri arasında, son derece yüksek gerilim kazancı, yüksek giriş direnci ve düşük çıkış direnci, sayılabilir. İç devre yapısı tek bir yonga üzerine bir ila dört adet işlemsel yükselteç oluşturabilmek için, yüzlerce son derece küçük transistör  Elektronik II ve devre elemanından oluşur. Bu devreler sadece BJT (bipolar junction transistor), JFET (junction field effect transistor) ya da MOSFET (metal oxide semiconductor FET) kullanılarak yapılabilir. Günümüzde yüksek giriş dirençleri nedeniyle JFET işlemsel yükselteçler yaygın olarak kullanılmaktadır. Şekil 2.3’ te en çok kullanılan LM741 işlemsel yükseltecinin iç devre şeması görülmektedir. Şekil 2.3 LM741 işlemsel yükseltecinin iç devre şeması İşlemsel yükselteçler 1940’lı yıllardan beri bilinmektedir. Ancak, bu devrelerin yapımında direnç, kondansatör, transistör gibi pek çok devre elemanı gerektiğinden ve iç devrelerinin oldukça karmaşık olmasından dolayı çok gerekmedikçe kullanılmamışlardır. 1960’lı yılların sonlarına doğru entegre teknolojisinin gelişimiyle birlikte yaygınlaşmaya başlamıştır. Bugün artık işlemsel yükselteç denildiğinde tümleşik devre halinde olanlar akla gelmektedir. İşlemsel yükselteç İngilizceden dilimize “operational amplifier” kelimelerinin karşılığı olarak geçmiştir ve kısaca op-amp olarak kullanılmaktadır. Bundan sonraki bölümlerde işlemsel yükselteç ifadesini kullanılacaktır. İşlemsel yükselteçler yüksek kazançlı, kazancı geri besleme ile ayarlanabilen, iki ayrı girişi olan yükselteçlerdir. Çok amaçlı kullanılan devreler olduğundan işlemsel (Operational) denilmiştir. İşlemsel yükselteç üç ana bölümden oluşmaktadır. Bunlar, giriş devresini oluşturan diferansiyel (fark) devresi, gerilim yükselteci ve çıkış yükselteç devreleridir. Genel olarak işlemsel yükselteç, çok yüksek (teorik olarak sonsuz) kazançlı bir DC yükselteçtir. Bu entegrelere dışarıdan bağlanan direnç ve kondansatör gibi bir kaç devre elemanı ile kazancı kontrol edilebilmektedir. İşlemsel yükselteçler ile uygun tasarım metotları ve devre elemanları kullanıldığında hemen hemen yapılamayacak devre yok gibidir. 2.5 İşlemsel Yükselteçlerin Kullanım Alanları İşlemsel yükselteçlerin kullanım alanları oldukça geniş bir yelpazeye dağılmakta ve elektroniğin her dalında çeşitli tip ve özellikteki işlemsel yükselteçler kullanılmaktadır.  Elektronik II Başlıklar halinde kullanıldıkları alanları inceleyecek olursak,  Analog Bilgisayar İşlemleri Toplama, çıkarma, bölme, çarpma, türev alma, integral alma, logaritma alma, üs alma ve trigonometrik fonksiyonlardır. Şekil 2.4 SD-3300 analog bilgisayar, yapımında 6 yükselteç, 5 integral alıcı, 1 toplayıcı, 15 potansiyometre kullanılmış, çıkış birimi ise bir voltmetreden oluşmaktaydı. Şekil 2.4 Systron Donner Concord, California SD-3300 eğitim amaçlı analog bilgisayar  Yükselteç İşlemleri Enstrumantasyon (ölçme) yükselteci, ses frekans yükselteci, motor kontrol yükselteçleri ve basit yükselteç devreleridir.  Dalga Şekillendirici İşlemleri Kırpıcı, sinüs - kare dalga dönüştürücü, kare – üçgen dalga dönüştürücü ve kenetleyicilerdir.  Regülasyon İşlemleri Voltaj regülasyon işlemleri (RMS),-DC dönüştürücü, gerilim çoklayıcı işlemleri ve konvertisör işlemleridir.  Veri Transfer İşlemleri Gerilim frekans dönüştürücü ve kablolu veri transfer devreleridir.  Sinyal Analiz İşlemleri Özel karşılaştırma işlemleri, pencere karşılaştırıcı, tepe dedektörü ve gerilim dağıtıcı.  Elektronik II  Sinyal Üreteç İşlemleri Wien köprü osilatörü, kare dalga ve üçgen dalga üreteci, testere dişi ve darbe üreteci, merdiven dalga üreteci, gerilim kontrollü frekans üreteç işlemleri, modülasyon işlemleri ve zamanlama devreleri.  Test ve Ölçme İşlemleri Akım, gerilim, direnç, frekans, faz, kapasite, güç, transistör test, op-amp test, ısı ve diğer fiziksel büyüklükler ölçme devreleri.  Filtre İşlemleri Aktif filtre işlemleri, alt geçiren, üst geçiren, band geçiren filtre, işlemleri. İşlemsel yükselteçlerin kullanım alanları burada listelenen konularla sınırlı olmayıp, uygulamada pek çok alanda kullanılmaktadır. İşlemsel yükselteçlerin kullanım alanları sadece tasarımcıların hayal gücü ile sınırlıdır. 2.6 İşlemsel Yükseltecin Yapısı ve Çalışması Şekil 2.5 İşlemsel yükseltecin fonksiyonel blok şeması Şekil 2.3’te de görüldüğü gibi işlemsel yükselteçlerin iç yapıları oldukça karmaşıktır. Ancak bunları kullanabilmek için içyapılarının ayrıntılarını bilmeye gerek yoktur. İşlemsel yükselteci kullanmak için, dış devre bağlantılarını, temel bazı özelliklerini ve nerede kullanılacağını bilmek yeterlidir. Temel olarak işlemsel yükselteç üç ana bölümden oluşur. Şekil 2.5’te görüldüğü gibi bunlar giriş devresindeki fark yükselteci, kazancı sağlayan gerilim yükselteci ve çıkış yükselteci devreleridir. Bu bölümler aşağıda kısaca incelenmiştir. 2.7 Fark Yükselteci İşlemsel yükselteçlerin çalışmasını anlayabilmek için öncelikle fark (diferansiyel) yükselteçlerini kısaca incelemek daha doğru olacaktır. Fark yükselteçleri, işlemsel yükselteçlerin giriş devresinde bulunan en önemli parçasıdır ve çok çeşitli uygulamalarda  Elektronik II kullanılan özel bir devre türüdür. Şekil 2.6’da iki girişli temel bir fark yükselteci devresi görülmektedir. Bu devrelere fark yükselteci denmesinin nedeni, girişlerine uygulanan iki sinyalin farkıyla orantılı bir çıkış sinyali üretmeleridir. Şekil 2.7’de ise temel fark yükseltecinin açık devre şeması görülmektedir. Açık devre şemasında gördüğünüz gibi girişler iki ayrı transistörün beyzine uygulanır. Çıkışlar ise transistörlerin kollektör uçlarından alınmıştır. Şekil 2.6 Fark yükselteci sembolü Devrenin çalışabilmesi için negatif ve pozitif gerilim verebilen yani simetrik güç kaynağı kullanılmıştır. Ancak yükselteç tek bir güç kaynağıyla da çalışabilir. Devreye uygulanan iki ayrı giriş gerilimine bağlı olarak, iki girişin farklarıyla orantılı ve birbirinden 180° faz farklı çıkış gerilimi alınabilir. Bu tip montaj şekli hem DC hem de AC yükselteç olarak birkaç MHz’ e kadar olan giriş sinyallerinin farkını kuvvetlendirebilir. Şekil 2.7’deki devreyi tam olarak dengelenmiş yani bütün devre elemanlarının ideal ve eş değer olduklarını düşünmemiz gerekir. Şekil 2.7 Temel fark yükselteci devresi Devredeki giriş Vi1 ve Vi2 gerilimleri birbirine eşit ya da sıfır olduğunda, transistörlerden geçen akımlar da birbirine eşit olacağından çıkış gerilimi Vo=0 volt olur. Eş değer transistörlerin eşit gerilimle sürülmesi durumunda içlerinden geçen akım miktarı eşit olacak dolayısıyla uçlarında düşen gerilimler de birbirine eşit olacaktır. Her iki transistor ün de kollektörlerindeki gerilimler birbirine eşit olduğundan iki uç arasında bir potansiyel fark  Elektronik II bulunmayacaktır. Dolayısıyla bir voltmetre ile kollektörden kollektöre gerilimi ölçtüğümüzde 0 V görürüz. Bu duruma devrenin denge hali denir. Devrenin giriş gerilimlerini değiştirirsek, örneğin Vi2 sabit tutulup Vi1 değiştirilirse çıkış gerilimi Vo da Vi1 ile aynı yönde değişir. Bu nedenle Vi1 kaynağının bağlı olduğu uca "non-inverting" ya da evirmeyen uç adı verilir. Eğer Vi1 sabit tutulup Vi2 değiştirilirse çıkış gerilimi Vo Vi2 ye ters yönde değişir. Bu nedenle de Vi2 nin bağlı olduğu uca "inverting" ya da eviren uç adı verilir. Çıkış sinyali girişlerden hangisinin genliği büyükse onun işaretini alır. 2.8 Gerilim Yükselteci Gerilim yükselteci istenilen yüksek kazancı sağlayabilmek için art arda bağlanmış birkaç yükselteç devresinden oluşur. Gerilim yükselteci katı giriş ve çıkış direnci oldukça yüksek ve yüksek kazançlı bir devredir. Ayrıca bu katın çıkışı ile çıkış yükselteci katları arasında tampon yükselteçleri ve seviye kaydırıcı devrelerde bulunur. 2.9 Çıkış Katı İşlemsel yükselteçlerin çıkış katlarında düşük çıkış direncini elde etmek amacıyla simetrik kolektörü şase yükselteç devreleri kullanılır. Bu düşük çıkış direnci sayesinde yeterli yük akımları elde edilebilir. 2.10.1 İdeal İşlemsel Yükseltecin Özellikleri İdeal bir işlemsel yükselteçten beklenen özellikler şu şekilde sıralanabilir:  Açık çevrim (geri beslemesiz) kazancı sonsuzdur. (K=∞)  Bant genişliği sonsuzdur.(BG=∞)  Gürültüsü yoktur.  Hem iki giriş arası hem de her girişle toprak arası direnç sonsuzdur. (Ri=∞)  Çıkış direnci sıfırdır. (Ro=0)  Çıkış direnci sıfır olduğu için sonsuz akım sürebilir.  Gerilim kaldırma kapasitesi sonsuzdur. Yani her gerilimde çalışır.  Yukarıdakilerin hepsi her sıcaklıkta doğrudur. Yukarıda ideal bir işlemsel yükseltece ait özellikler sıralanmıştır. Ancak çoğu zaman ideal bir sistemin uygulamada aynı özellikleri göstermeyebileceği bir gerçektir. İşlemsel yükselteçler için de bu kural geçerlidir ve ideal işlemsel yükselteç ile pratik işlemsel yükselteç arasında farklılıklar vardır. “Bu durum iyi midir, kötü müdür?” gibi bir soru akla gelebilir. Ancak işlemsel yükseltecin ideal özellikleri ile yapılamayacak bazı şeyleri, ideal olmayan özelliklerinden yararlanarak gerçekleştirmek mümkündür. 2.11 Pratik İşlemsel Yükseltecin Özellikleri Elektronik devre elemanları kullanılacakları sistemler dikkate alınarak belli toleranslar dahilinde üretilir. İdeal değerler ile üretim teknolojisi, hammadde ve diğer etkenlerden dolayı ürün belli bir miktar hata payı ile ortaya çıkabilir. Dolayısıyla işlemsel yükselteçlerin idealde  Elektronik II istenen özellikleriyle, ortaya çıkan ürünün özellikleri arasında farklılıklar vardır. Bu özellikler üreticilerin ürün bilgi sayfalarında (data sheet) ayrıntılı olarak verilir. Ürün bilgi sayfalarında verilen bazı önemli özellikler aşağıda başlıklar halinde incelenmektedir. 2.11.1 Giriş Dengesizlik Gerilimi Şekil 2.8 Giriş dengesizlik gerilimi ayarı Fark yükselteçlerin, ideal durumda (Vi2-Vi1=0 V) olması gerekir. Yani giriş gerilimlerinin birbirine eşit olduğu durumda çıkış geriliminin (V0=0 V ) olması istenir. Ancak işlemsel yükseltecin girişinde bulunan fark yükselteci devresindeki transistör çiftleri tam olarak eş değer özelliklerde üretilemeyebilir. Bu durumda fark devresindeki transistörlerin beyz emiter gerilimleri az da olsa değişiklik gösterir. Bu değişiklik, işlemsel yükseltecin içindeki yükselteçler tarafından kuvvetlendirilerek çıkışa ulaşır. Sonuçta (Vi1=Vi2=0) yapıldığında çıkış gerilimi (V0 ≠ 0) olur ki bu istenmeyen bir durumdur. Çıkıştaki bu gerilime “çıkış dengesizlik (ofset) gerilimi” adı verilir. İşlemsel yükselteçlerde giriş dengesizlik gerilimi özelliği daha çok kullanılır ve bu gerilim, çıkışı (V0=0) olmasını sağlayacak olan (Vi2- Vi1) fark giriş gerilimi olarak tanımlanır. Giriş dengesizlik gerilimi National Semiconductor firması tarafından üretilen ve popüler bir işlemsel yükselteç olan LM741 için yaklaşık 1 mV’dur. Uygulamada dengesizlik gerilimi, Şekil 2.8’de görüldüğü gibi kolaylıkla ayarlanabilir. LM741 entegresi için, 10 K’lık bir potansiyometre, orta ucu –Vcc ye (4 nu’ lu ayak) ve 1 ile 5 numaralı ayaklar arasına bağlanır. Giriş uçları doğrudan ya da 50 Ω dirençler üzerinden toprağa bağlanır ve çıkış gerilimi voltmetreden V0 =