Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Elektronik Laboratuarı 2

ÇOK KA TLI (MULTİ ST AGE) YÜKSELTEÇLER

ı. Ön Bilgiler

Bu deneyde yükselteçlerin arka arkaya ba~lanması konusunu incelenecektir. Bilindi~ üzere tek transistörlü yükselteçler yeterli yükseltme sağlamazlar. Örne~in bir mikrofona konuşulduğu zaman, mikrofon çıkışındaki i -2m V civarındaki sinyalin bir hoparlörden duyulabilmesi yada bir radyonun anteninde oluşan 0,01 m V civarındaki sinyalin hoparlörden duyulabilmesi için bir çok yükselteci arka arkaya bağlamak gerekir.

1.ı. Direk Bağlamalı (Direct Coupling) Kuvvetlendiriciler:

Özellikle ön yükselteçlerde kullanılan ve en kolay olan ba~lama yöntemi direk bağ/ama yöntemidir. Bu ba~lama (ba~lamaya kuplaj da denir) şekli adından da anlaşıldığı gibi bir yükseltecin çıkışını diğerinin girişine doğrudan bağlamakla sağlanır.

Reı ~L

t

i v.

j v.

R,

Birinci kal ıkinci kat

Şekil ı. Direk bağlamalı kuvvetlendirici

Şekilden de anlaşılacağı gibi her transistörün çıkış voltajı aynı zamanda diğer transistörün beyz voltajını sağlamaktadır . Bu tür devrelere DC yükselteç de denmektedir. DC yükselteçler özellikle çok düşük frekanslara hatta OHz (DC) den başlayarak devrenin izin verdiği en yüksek frekanslara kadar çalışırlar.

1.2. RC Bağlamalı (RC Coupling) Kuvvetlendiriciler:

Bir devrenin çıkışındaki sadece AC sinyali sonraki devrenin gırışıne aktarmak istiyorsak ve bu iki devreyi birbirine bağlarken empedans uyumu sorunu yoksa bağlama elemanı olarak kondansatör kullanılır. Bu kondansatöre kup/ai kondansaıörü denir.

~ Birinci iuıt

Şekil 2. RC bağlama

Devrenin RC kısmının C'si aradaki kuplaj kondansatörü, R'si ise birinci transistörün Re si ve ikinci tranzistörün beyzine bağlı dirençlerdir. Kullanılan kondansatör, sinyal frekansına çok az empedans göstennelidir. Bir kondansatör DC derilimi geçinnez, düşük frekanslara ise yüksek empedans gösterir. Bu nedenle RC kuplajlı devrelerde düşük frekanslarda kazanç azalır. Yüksek frekanslara çıkıldıkça kuplaj kondansatörünün empedansı iyice azalacağı için devrenin kazancı da (teorik olarak) artacaktır. Aslında böyle olamaz. Frekans arttıkça

kullanılan transistörün yüksek frekans karakteristiği, transistörün küçücük iç kapasiteleri hatta devrenin baskı devresinin şekli ve kullanılan malzemenin özeliğinden dolayı devrenin kazancı düşecektir. Direk kuplajlı devrelerde aslında yüksek frekanslarda bu özellikleri gösterirler.

1.3. Transformatör Kuplajlı Kuvvetlendiriciler:

Şekil 3. Transformatör kuplajı kuvvetlendirici

Transformatörler bir devre, hem DC yalıtım hem de empedans uygunluğu sağlamak ıçın kullanılır. İdeal transformatörde hiç kayıp olmaz. Yani girişine uygulanan güeü çıkışından aynen alabiliriz. Fakat bant genişlikleri çok dardır. Özellikle ses frekans devrelerinde istenilen bant genişliğini tutturmak için özel sanrnh transformatörler kullanmak gereklidir. Transformatörlerin bu dar bant özellikleri yüksek frekans devrelerinde çoğunlukla istenilen bir özellik haline dönüşür. Hatta bandı daha da daraltmak için transfonnatörler kondansatörlerle de desteklenerek sadece istenilen frekansı geçiren özelliklerde yapılır. Bu tür devrelere Rezonans/ı Transformatör Kup/aj adı verilir. Transformatörün aynı zamanda empedans uydurma işlemi de yapmaktadır.

2. DENEYLER

2.1. Deneye gelmeden önce çalışılacak sorular

• Çok katlı yükselteçlerde ilk yükselteç veya ilk birkaç yükseltecin gürültü seviyesinin düşük olması gerekmektedir. Bunun sebebi nedir?

• Bir yükseltecin çıkışını diğer yükseltecin girişine bağlamak için uyulması gereken kurallar nelerdir?

• Çok katlı yükselteçlerde toplam kazanç katların kazançlarına bağlı olarak nasıl hesaplanır? • Direk bağlamalı, Re bağlamalı, Transformatör bağlamalı ve push pull çok katlı

yükselteçlerin birbirlerine olan üstünlükleri nelerdir?

2.2.Deney 1: JFET'1i es Kuvvetlendirici (kendi kendine polarmalı)

1- İlk önce KL-23005 modülü KL-200 lineer devre borduna yerleştirilir. 2- Kısa devre elemanları Şekil 4' e göre yerleştirilir.

3- YRı ve VR3'ü Vcı ve VCı'nin ikiside Vee olacak şekilde ayarlanır. 2

4- İşaret üreteci ve osiloskop giriş terminalin (IN) ve osiloskopu aynı zamanda çıkış terminaline bağlanır.

5- İşaret üretecinin çıkışını ı KHz'lik sinüs dalgasına ayarlanıp, osiloskopta maksimum bozunumsuz dalga şekli görülecek şekilde gözlemlenip kaydedilir.

6- Osilosküp kullanarak Vb ı , Vcı, Vbı ve Vouı'daki dalga şekilleri gözlemlenip kaydedilir. 7- e3 (47 J.ıF )'Ü devre dışı bırakarak 5 ve 6.adımlar tekrarlanır. 8- YRı (VR IMO) direncini rasgele değiştirerek Vb ı , Veı, Vbı ve Vouı'daki dalga

şekillerinin değişip değişmediği gözlemlenir.

-+12V Ao----r--------T---------~~~D_~

VA4 R5

B

C1 -+

TP2

R1 A

TP1 VR3

IN B

Şekil 4. Re bağlamalı kuvvetlendirici

Q2

+ c3

Tn

OUT 1

TP6

OUT2

'-step (7)

dlscon nKlIon

block EI

2.2.1.neneyin Sonucu:

Deney sonuçları Tablo i 'e kaydedilir, daha sonra aşağıdaki ifadeleri tablodaki verileri kullanarak hesaplanacaktır (C) bağlı olmalıdır.).

Av _ Voı _ Ve, _ , - rf, - - ------------"i, Vb,

AVı = voı = Voul = Viı Vbı ---------

Av = Vout = Vi, -----------

Avs = Vout = Vin -----------

Av hesaplama formülleri kullanılarak teorik ve gerçek değerler karşılaştırılır.

C3 bağlı C3 bağlı değil

Dalga şekli Vp-p Dalga şekli Vp-p

v;n1 ~t v;"l ~t

Vbı1 ~i \öl .1 Vd1 ~ i Vd1 .1 Vb21 ~i

,öi .1 vni ~i voi .1

Tablo 1. Deney sonuçları

2.3. Deney 2: Do~rudan ba~lamalı kuvvetlendirici

1- Kısa devre elemanlan Şekil 5'e göre yerleştirilecektir.

2- VItı (VR IMO) direncini Vee olacak şekilde ayarlanır. Daha sonra voltmetre kullanarak 2

(DC gerilimi) Vbıeı ve Vbıeı gerilimleri ölçülüp kaydedilecek. 3- İşaret üretecini ve osiloskopu giriş terminaline (IN) ve osiloskopu aynı zamanda çıkış

terminaline (OUT) bağlanır. 4- İşaret üretecinin çıkışı IKHz'lik sinüs dalgasına ayarlarup osiloskopta maksimum

bozunumsuz dalga şeklini görebilecek şekilde genliği adım adım artınhr. 5- Osiloskop kuııanarak Vb ı , Vcı, Vbı ve VCı (Vout)'deki dalga şekilleri gözlemlenip

kaydedilir. 6- C3 (47 ;.ıF ),ü devre dışı bırakarak 5 adım tekrarlanır. 7- C3 kondansatörü bağlanır ve VItı ( VR IMO) direncini rasgele değiştirerek Vb ı , Vcı, Vbı

ve VOU!' daki dalga şekillerin değişip değişmediği gözlemlenir. 8- VItı 'ü normal aralığına getirip giriş işaretinin frekansını OHz ~20KHz arasında

değiştirilir. Giriş ve çıkış tenninallerindeki dalga şekilleir gözlemlenip YOU! ile farasındaki ilişki kaydedilir.

+12V Ao---,---------,----------o---o __

VR4

B

C1 +

R1

~ TP1

IN

TP2

R5

R6

VR3

B

Şekil 5. Doğrudan bağlamalı kuvvetlendirici

2.3.1. Deneyin sonucu:

Deney sonuçları Tablo 2 ve şekil 6'ya kaydedilecektir.

TP7

OUT1

TPG

0l1T2

black a

C3 bağlı C3 baAlı deAil

Dalga şekli Vp-p Dalga şekli Vp-p

vml .t vml .t

~'1 • t ~'1 • t

vdl • t Vdl .t vi .t V01 .t

Tablo 2. Deney sonçları

Aşağıdaki veriler tablo 2 ' deki veriler kullanılarak hesaplanacaktır (C) bağlı olmalıdır) .

Av = Voı = Veı = i Viı Vbı ------------

Av = Voı = Vout = ı Viı Vbı -----------

Av= Vout = Viı --------------------

Avs = Vout = Vin -----------

Av hesaplama formülleri kullanılarak teorik ve gerçek değerler karşılaştırılır.

Avo: Vo maksimum iken Av değeri.

AvfAIıo

0.707

(-3db)

Şekil 6. Frekans tepki eğrisi

f

2.4. Deney 3: Transformatör baglamah kuvvetlendirici

1- Kısa devre elemanlannı şekil Tye göre takılacaktır. Güç kaynagı (12V) takılacaktır. 2- İşaret üreteci ve osiloskopu giriş terminaline, 8 n 'luk direnci (taklit yük) ve osiloskopu

çıkış terminaline bağlanacaktır. 3- İşaret üretecinin çıkışını 500Hz'lik sinüs dalgasına ayarlayıp osiloskopta maksimum

bozunumsuz dalga şeklini görebilecek şekilde genligi adım adım artırılır. 4- Giriş işaretinin frekansını OHz-20kHz arasında değiştirerek Vin ile Vout'taki dalga şekilleri

gözlemlenecek ve Vout ile farasındaki ilişki kaydedilecektir. 5- İşaret üretencini veya walkmanin çıkış kulaklığını giriş terminaline baglayarak çıkışta hala

ses üretilip üretilmediğine bakılacaktır.

+ es

LU TP, +

IN C4

block b

Şekil 7. Transformatör bağlamalı kuvvetlendirici

2.4.1 Deneyin Sonucu:

Deney sonucunu Tablo 3'e kaydedilecek ve çıkış gücü hesaplanacaktır.

Dalga şekli Vp-p

vinl "t

vml ~t

Tablo3. Deney sonuçları

V 20

Maksimum bozunumsuz ÇıkıŞ güeü= p-p = mW 8Rı -----

Avo: Vo maksimum iken Av değeri.

AviAva

(abd)

i

D.707

ı~b)

Şekil 8. Frekans tepki eğrisi

2.5. Deney 4: Çift Uçlu push-pull kuvvetlendirici deneyi

1- Kısa devre elemanlarını Şekil 9'ye göre yerleştirilir. +1 2V'luk güç kaynağı bağlanır (Çıkış terminaline 8 n /1 W'lık direnç bağlanmalıdır) .

2- Çalışma akımını ölçmek için A2 ampermetresi bağlanır (Ampermetreyi değiştirmek için AI 'deki kısa devre elemanı kuııanılabilir). Çalışma akıml» 20mA ise Q6 ve Q7 tranzistör1eri kolaylıkla ısınabileceği için güç kesilmeli ve devre tekrar gözden geçirilmelidir.

3- Olası yanlış bağlantıları kontrol etmenin yanı sıra güç kaynağı bağlı iken voltmetre kuııanılarak her bir transistorün durumları aşağıdaki analiz yöntemi ilc belirlenebilir: Vbe>O,7V transistorün B ve E terminaııeri arasında kısa devre var. Vbe ~ O.2V V ce:: OV transistorün C ve E terminaııeri arasında kısa devre var. Vbe:: O.6V Vce:: O.2V Transistor doyurnda.

4- I. ve 2.durumların söz konusu olması durumunda transistor değiştirilmelidir. 3. durumun söz konusu olması durumunda ise Vbe (lb), VR i ayarlı direnci kullanılarak

ayarlanmalıdır.

5- Ampermetreyi A i konumuna bağlayıp Vd = Vee olacak şekilde RI 6 (SVR 2M n) direnci 2

ayarlanır. Daha sonra ampermetredeki değişim gözlemlenir. 6- VRI (VRı i k n) ayarlı direncinin A2 ampermetresini ı OmA civarında bir değer

gösterecek şekilde ayarlanır. 7- İşaret üretecini ve osiloskopu giriş terminaline (IN) ve osiloskopu aynı zamanda çıkış

terminaline (OUT) bağlanır .

8- İşaret üretecinin çıkışını 500Hz'lik sinüs dalgasına ayarlayıp osiloskopta maksimum bozunumsuz dalga şeklini görebilecek şekilde genliği adım adım artırılır.

9- Osiloskop kuııanılarak Vbs, VCs ve Vb6'daki dalga şekiııeri gözlemlcnip kaydedilecek. 10- VR ı direncini O n 'a getrip Y OU! çıkışındaki dalga şeklindeki geçiş bozunumu meydana

gelip gelmediği gözlemlenecektir. LL- 8 n 'luk direnci kaldırarak yerine hoparlör bağlanır. Kuvvetlendiricinin girişine uygulanan

işaret üretecinin çıkışını rasgele değiştirerek yUksek frekans lı veya yUksek genlikli bir işaret uygulanması sonucunda Q6 ve Q7 tranistörlerinin aşırı ısınması ile sesin yUksekliğinin değişiğ değişmediğine bakılacaktır.

12- Işaret üretecini çıkarıp kuvvetlendiricinin girişine parmak ile dokunulduğunda hoparlörde vızıltı meydana geldiği gözlemlenir (Giriş terminaline parmak ile dokunmak gürültüye neden olmaktadır.).

13- Walkmanin kulaklık çıkışını kuvvetlendiricinin giriş terminaline bağlanıp müzik dinlenir.

+12V

• c. R18

R15

+

IN ~14 cr TP2

R1. \n\1 8

block c

Şekil 9. Çift Uçlu push-pull kuvvetlendirici

2.5.1. Deneyin Sonucu:

Deneyin sonucu Tablo 4 ' e kaydedil ecek ve maksimum bozunumsuz çıkış gücü hesaplanacaktır.

Statik (est

ç alışma akııııı Vb5e5 Ve5 Vb6e6 Vb7e7 (A2)

Dinamik Test

v

VIN ~-------------. t

v v

VBS ~---------. t VB6 f-------------. t

v v

Vcs t-------------. t VOUT ~------- .. t

Tablo 4. Deney sonuçları

V 2out(p - p) _ Pout= - ______________ _

8Rı R = 80 i