T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

GKO (GERİLİM KONTROLLÜ OSİLATÖR) BESLEME VE

KONTROL DEVRELERİNİN TASARIMI VE GERÇEKLENMESİ

BİTİRME ÇALIŞMASI

Hazırlayanlar:

179951 OSMAN ÖRDEK

179965 S. EREN GÜLTEPE

179973 SEMİH OFLAZOĞLU

BAHAR, 2011

TRABZON

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

GKO (GERİLİM KONTROLLÜ OSİLATÖR) BESLEME VE

KONTROL DEVRELERİNİN TASARIMI VE GERÇEKLENMESİ

BİTİRME ÇALIŞMASI

Hazırlayanlar:

179951 OSMAN ÖRDEK

179965 S. EREN GÜLTEPE

179973 SEMİH OFLAZOĞLU

Tez Danışmanı: Yrd. Doç. Dr. Haydar KAYA

BAHAR, 2011

TRABZON

II

ÖNSÖZ

Yoğun çalıĢmasına rağmen bizlerden yardımını esirgemeyen ve projemizi geliĢtirme

aĢamasında, araĢtırmalarımızda ve fikir üretmemizde her zaman destek olan değerli hocamız

Yrd. Doç. Dr. Haydar KAYA’ ya teĢekkür etmeyi bir borç biliriz. Ayrıca kaynak temininde

bize yol gösteren değerli hocamız Prof. Dr. Ġ.Hakkı ÇAVDAR’ a ve malzeme temininde

yardımcı olan ArĢ. Gör. Ayhan YAZGAN ile Öğr. Gör. Oğuzhan ÇAKIR’ a teĢekkür ederiz.

Hayatımız boyunca maddi ve manevi desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen sevgili

ailelerimize Ģükranlarımızı sunarız.

Osman ÖRDEK

S. Eren GÜLTEPE

Semih OFLAZOĞLU

Trabzon, 2011

III

İÇİNDEKİLER

Sayfa No

ÖNSÖZ .............................................................................................................................. II

ĠÇĠNDEKĠLER .................................................................................................................. III

ÖZET ................................................................................................................................. V

ġEKĠLLER DĠZĠNĠ ........................................................................................................... VI

TABLOLAR DĠZĠNĠ ........................................................................................................VIII

SEMBOLLER DĠZĠNĠ ...................................................................................................... IX

1. GĠRĠġ ...................................................................................................................... 1

2. DC GÜÇ KAYNAKLARI ...................................................................................... 2

2.1. Alternatif Akım ................................................................................................ 2

2.2. Doğru Akım ...................................................................................................... 3

3. TRANSFORMATÖRLER (TRAFOLAR) ............................................................. 4

3.1. Transformatörlerin Yapısı ................................................................................ 4

3.2. Transformatörlerin ÇalıĢma Ġlkesi.................................................................... 5

3.3. Transformatör Seçimi ....................................................................................... 5

3.4. Transformatörlerin Sağlamlık Testi ................................................................. 6

4. DOĞRULTUCULAR ............................................................................................. 7

4.1. Bir Diyotlu Yarım Dalga Doğrultucu ............................................................... 7

4.2. Orta Uçlu Trafolu Tam Dalga Doğrultucular ................................................... 7

4.3. Köprü Tipi Tam Dalga Doğrultucular. ............................................................. 8

5. ENTEGRE GERĠLĠM REGÜLATÖRLERĠ ........................................................... 9

5.1. Pozitif (+) ÇıkıĢlı Gerilim Regülatörleri .......................................................... 9

5.2. Negatif (-) ÇıkıĢlı Gerilim Regülatörleri .......................................................... 10

6. DOĞRULTUCULARDA KULLANILAN FĠLTRE ÇEġĠTLERĠ ......................... 12

6.1. Kondansatörlü Filtreler .................................................................................... 12

6.2. Bobinli Filtreler ................................................................................................ 13

6.3. Bobin ve Kondansatörlü Filtreler ..................................................................... 13

6.4. Kondansatör-Bobin-Kondansatörlü Filtreler .................................................... 13

7. ĠġLEMSEL YÜKSELTEÇLER (OP-AMP) ........................................................... 14

7.1. ĠĢlemsel Yükselteçlerin Yapısı ......................................................................... 14

7.2. ĠĢlemsel Yükselteçli Uygulama Devreleri ........................................................ 16

7.2.1. Gerilim Ġzleyici Devre ........................................................................... 16

7.2.2. Faz Çeviren Devre ................................................................................. 16

IV

7.2.3. Faz Çevirmeyen Devre .......................................................................... 16

7.2.4. Toplayıcı Devre ..................................................................................... 17

7.3. ĠĢlemsel Yükselteçlerin Offset Ayarının Yapılması ......................................... 18

8. OSĠLATÖRLER ...................................................................................................... 19

8.1. Osilasyon Kriterleri .......................................................................................... 20

8.2. Osilasyon Kavramı ........................................................................................... 21

8.3. Sinüzoidal Osilatörler ....................................................................................... 22

8.3.1. RC Osilatörleri ...................................................................................... 22

8.3.2. LC Osilatörleri ....................................................................................... 24

8.3.3. Kristal Kontrollü Osilatör ...................................................................... 27

8.4. Non–Sinüzoidal Osilatörler (ĠĢaret Üreteçleri) ................................................ 28

8.4.1. Üçgen Dalga Osilatörü .......................................................................... 28

8.4.2. Kare Dalga Osilatörü ............................................................................. 30

8.4.3. TesterediĢi Osilatörü ............................................................................. 32

9. GERĠLĠM KONTROLLÜ OSĠLATÖR (VCO) ...................................................... 33

9.1. JTOS ve Diğer Bazı Entegre VCO’lar ............................................................. 35

10. UYGULAMA PROJESĠ ......................................................................................... 36

10.1. Kullanılan Malzemeler ................................................................................... 36

10.2. Devrelerin OluĢturulması ............................................................................... 37

10.2.1. Güç Kaynağı ......................................................................................... 37

10.2.2. Üçgen Dalga-TesterediĢi Dalga Üreteçleri ........................................... 39

10.2.3. JTOS ..................................................................................................... 42

11. SONUÇLAR ............................................................................................................ 44

12. KAYNAKLAR ......................................................................................................... 45

13. EKLER ..................................................................................................................... 46

V

ÖZET

Osilatörler DC güç kaynağındaki elektrik enerjisini, AC elektrik enerjisine belirli bir

frekansta, harici sinyal uygulamadan transfer edebilen devrelerdir. Bir devrede osilasyon

olabilmesi için pozitif geri besleme olması gerekir.

Gerilim kontrollü osilatör (VCO - voltage controlled oscillator), giriĢine uygulanan

gerilimle orantılı olarak, çıkıĢ frekansını değiĢtiren bir devredir. Kısaca gerilimle frekansı

değiĢtirilebilen devrelerdir. Bazı entegrelerde modül halinde bulunacağı gibi, sadece VCO

için tasarlanmıĢ olan entegrelerde mevcuttur.

Özellikle yüksek frekanslarda istenilen frekansı üretmede çok kullanıĢlıdırlar. PLL

(phase locked loops- faz kitlemeli çevrim) devrelerinde, frekans modülasyonunda (FM),

frekans sentezleyicilerde, JAMMER’ larda, kod çözücülerde ve iĢaret üreteçlerinde yaygın

olarak kullanılırlar.

Bu çalıĢmamızda entegre biçimindeki gerilim kontrollü osilatör olan JTOS-1300’ü

kullandık.

Üç ana bölümden oluĢan bu çalıĢmamızın ilk bölümünde, gerekli olan tüm beslemeleri

sağlayacak bir gerilim kaynağı tasarladık. Alternatif gerilimi doğru gerilime dönüĢtürüp,

kullanacağımız gerilim seviyelerini elde ettik.

Ġkinci bölümde ise JTOS’ un giriĢine (Vtune) vermek üzere, üçgen dalga ve testerediĢi

dalga iĢaret üreteçleri tasarladık. ÇalıĢma aralığımız 2V-8V aralığında olduğundan, uygun bir

yükselteç devresi tasarlayarak, üreteç çıkıĢından aldığımız iĢaretleri bu aralığa taĢıdık.

Son bölümde ise ürettiğimiz iĢaretleri ve ayarlı DC gerilimi JTOS’a vererek, JTOS’un

RF çıkıĢını inceledik.

Anahtar Kelimeler: Güç kaynakları, osilatörler, JTOS

VI

ŞEKİLLER DİZİNİ

Sayfa No

ġekil 1. AC gerilimin DC gerilime dönüĢtürülmesi ........................................................ 2

ġekil 2. ÇeĢitli AC dalga Ģekilleri ................................................................................... 3

ġekil 3. DC sinyal Ģekli ................................................................................................... 3

ġekil 4. ÇeĢitli güçlerde transformatörler ........................................................................ 4

ġekil 5. Transformatörlerin genel yapısı ......................................................................... 5

ġekil 6. Yarım dalga doğrultucu devresi ve giriĢ ve çıkıĢındaki dalga Ģekilleri ............. 7

ġekil 7. Orta uçlu trafolu, iki diyotlu tam dalga doğrultucu devresi ve giriĢ çıkıĢ

uçlarındaki dalga Ģekilleri .................................................................................. 8

ġekil 8. Köprü tipi tam dalga doğrultucu devresi, giriĢ ve çıkıĢ uçlarındaki dalga

ġekilleri .............................................................................................................. 8

ġekil 9. 78XX serisi regülatörlerin (78MXX, 78LXX, 78XX) ayaklarının diziliĢi ........ 9

ġekil 10. 78XX serisi pozitif çıkıĢlı regülatörün iç yapısı ................................................. 10

ġekil 11. 79XX serisi regülatörlerin ayaklarının diziliĢi ve 78XX serisi regülatörlerinin

ayaklarının diziliĢinden fark ............................................................................... 11

ġekil 12. Köprü tipi tam dalga doğrultucu devresi ............................................................ 12

ġekil 13. Kondansatörlü filtre devresi ............................................................................... 12

ġekil 14. ĠĢlemsel yükseltecin sembolü ............................................................................. 15

ġekil 15. UA741 iĢlemsel yükseltecinin ayak bağlantıları ve üstten alttan görünüĢü ....... 15

ġekil 16. Gerilim izleyici devre ......................................................................................... 16

ġekil 17. ĠĢlemsel yükselteçli faz tersleyen toplayıcı ........................................................ 17

ġekil 18. ĠĢlemsel yükseltecin offset ayarının yapıldığı örnek devre ................................ 18

ġekil 19. Osilator dalga formları ....................................................................................... 19

ġekil 20. Geri Besleme ve kapalı çevirim ......................................................................... 20

ġekil 21. Osilatör çalıĢmasının temelleri ........................................................................... 21

ġekil 22. Faz kaydırmalı osilatör ....................................................................................... 22

ġekil 23. Wien köprü osilatörü. ......................................................................................... 23

ġekil 24. Armstrong osilatörü ............................................................................................ 24

ġekil 25. Clapp osilatörü ................................................................................................... 25

ġekil 26. Colpitts osilatörü ................................................................................................ 26

ġekil 27. Hartley osilatörü ................................................................................................. 26

ġekil 28. Kristal ve eĢdeğeri .............................................................................................. 27

ġekil 29. Üçgen dalga osilatörü ......................................................................................... 28

VII

ġekil 30. Üçgen dalga osilatörü çıkıĢ dalga formları ........................................................ 28

ġekil 31. Pratik bir üçgen dalga üreteci ............................................................................. 29

ġekil 32. 555 tümleĢik devrenin dolması ve boĢalması ..................................................... 30

ġekil 33. 555 tümleĢik devreye diyot bağlayarak DPO’nun ayarlanması ......................... 31

ġekil 34. TesterediĢi osilatörü ........................................................................................... 32

ġekil 35. Basit bir VCO diyagramı .................................................................................... 33

ġekil 36. JTOS, ZOS, ROS ............................................................................................... 35

ġekil 37. 7809 entegreli 9 Volt’luk sabit çıkıĢlı güç kaynağı ............................................ 37

ġekil 38. 7815 entegreli 15 Volt’luk sabit çıkıĢlı güç kaynağı .......................................... 37

ġekil 39. 7909 entegreli - 9 Volt’luk sabit çıkıĢlı güç kaynağı. ........................................ 38

ġekil 40. Güç kaynağının baskı devresinin üstten görünümü (Ares) ................................ 38

ġekil 41. Güç kaynağının baskı devresinin alttan görünümü (Ares) ................................. 39

ġekil 42. Üçgen dalga iĢaret üreteci .................................................................................. 39

ġekil 43. Testere diĢi dalga üreteci .................................................................................... 40

ġekil 44. ĠĢaret üretecimizin çıkıĢındaki yükselteç devresi ............................................... 40

ġekil 45. ĠĢaret üretecinin baskı devresinin üstten görünümü (Ares) ................................ 41

ġekil 46. ĠĢaret üretecinin baskı devresinin alttan görünümü (Ares). ............................... 41

ġekil 47. Yükselteç (op-amp) çıkıĢındaki kırpılmıĢ üçgen iĢareti .................................... 42

ġekil 48. Yükselteç (op-amp) çıkıĢındaki kırpılmıĢ üçgen iĢareti .................................... 42

ġekil 49. Üçgen dalga giriĢe JTOS cevabı ........................................................................ 43

ġekil 50. TesterediĢi giriĢe JTOS cevabı ........................................................................... 43

ġekil 51. Ayarlanabilir DC giriĢe JTOS cevabı ................................................................. 43

VIII

TABLOLAR DİZİNİ

Sayfa No

Tablo 1. ĠĢlemsel yükselteçlerin idealde ve pratikteki özelliklerinin

KarĢılaĢtırılması ................................................................................................. 14

Tablo 2. JTOS 1300’ ün tipik performans bilgileri .......................................................... 35

IX

SEMBOLLER DİZİNİ

DC, DA : Doğru Akım

AC, AA : Alternatif Akım

f : Frekans

R : Direnç

L : Endüktans

C : Kondansatör

Hz : Hertz

c/s : Saykıl/Saniye

W : Watt

V : Volt

A : Amper

F : Farad

EMK : Elektromotor Kuvveti

Op-amp : Operasyonel Amplifikatör (ĠĢlemsel Yükselteç)

FET : Field Effect Transistor (Alan Etkili Transistör)

MOSFET : Metal Oksid Yarı Ġletken Transistör

BJT : Bipolar Junction Transistor (Çift Kutuplu Transistör)

IC : Integrated Circuit (TümleĢik Devre)

DPO : Darbe Periyot Oranı

VCO : Gerilim Kontrollü Osilatör

PLL : Faz Kitlemeli Çevrim

1. GĠRĠġ

Bu çalışmamızda gerilim kontrollü osilatörün (VCO) çalışmasını inceledik. Gerilim

kontrollü osilatörü entegre olarak (JTOS-1300) hazır kullandık. Çalışmasını ve

karakteristiğini girişine farklı işaretler vererek gözlemledik.

Devremizin beslemesi için gerekli olan güç kaynağını ve işaret üreteçlerini adım

adım tasarladık. Gerekli tüm gerilimleri tek kaynak kullanarak ürettik; böylece hem

kaynağın boyutunu küçülttük hem de maliyeti minimuma indirdik.

Devremizi tek parça halinde değil de 3 parça halinde yaptık. Böylece kaynak, işaret

üreteçleri ve JTOS arasındaki yüksek frekanstan doğabilecek etkileşimi (parazit) azaltmaya

çalıştık. Ayrıca her bir devreyi ayrı ayrı kullanabilme imkânı sağladık.

Devremizin çalışması ve kullanım alanları detaylı olarak anlatılmıştır.

2

2. DC GÜÇ KAYNAKLARI

Elektronik devrelerin birçoğunun çalışması için tek yönlü olarak dolaşan (DC)

akıma gerek vardır. Uygulamada DC üreteçlerine , “doğrultmaç, doğrultucu, adaptör, güç

kaynağı, redresör” gibi adlar verilmektedir.

Şekil 1. AC gerilimin DC gerilime dönüştürülmesi

2.1. Alternatif Akım(AA, AC)

Alternatör adı verilen makineler tarafından üretilen elektrik akım çeşididir. Bu akım

zamana göre sürekli olarak yön ve şiddet değiştirir. Yani, alternatörden gelen akım sürekli

azalıp çoğalır ve akış yönü değişir. Alternatörün ürettiği AC sinyal şekil 2‟ de görüldüğü

gibi sinüs eğrisi şeklindedir.

Alternatörün ürettiği akımın zamana göre yön ve şiddet değiştirme sayısına”

frekans” adı verilmektedir. Türkiye‟ de üretilen alternatif akımın frekansı 50 Hz‟ dir.(Hz:

“Hertz” diye okunur.) Bazı kitaplarda frekans birimi olarak c/s (saykıl/saniye) de kullanılır.

Günümüzde elektrik enerjisinin %90‟ a yakın bölümü “alternatif” olarak

üretilmektedir. Çünkü AC‟ nin taşınması, yükseltilmesi ve düşürülmesi kolaydır [6].

Şekil 2. Çeşitli AC dalga şekilleri

3

2.2. Doğru Akım (DA, DC)

Dinamo, akümülatör, pil, güneş pili, (solar cell) gibi düzenekler tarafından üretilir.

DC akım Şekil 3‟ de görüldüğü gibi zamana göre yön ve şiddet değiştirmeden akar. Yani

DC akımın frekansı yoktur.

Şekil 3. DC sinyal şekli

4

3. TRANSFORMATÖRLER (TRAFOLAR)

Alternatif (dalgalı) akımı, alçaltmaya ya da yükseltmeye yarayan aygıtlara trafo

denir. Bu elemanlar gerilim dönüştürme işlemini yaparken frekansı değiştirmez. Yani

girişe uygulanan gerilimin frekansı 50 Hz ise, çıkıştan alınan gerilimin frekansı da 50 Hz

olur.

Gerilimi dönüştürücü trafolarda 220 Volt‟un uygulandığı kısım (primer; birincil

sarım), ince kesitli telden çok sarımlı, düşük gerilimin alındığı kısım (sekonder; ikincil

sarım), ise kalın kesitli telden az sarımlı olarak sarılır [6].

Şekil 4. Çeşitli güçlerde transformatörler

3.1. Transformatörlerin Yapısı

Transformatörler karşılıklı endüksiyon (indüksiyon) olayının genel bir

uygulamasıdır. Primerde oluşan değişken manyetik alanı sekonder sargısına ulaştıran

nüveler, bir yüzü yalıtılmış, %3-4 oranında silisyum katkısı yapılmış ince (0.35 - 0.5 mm)

çelik saçlardan üretilir. Yüksek frekanslı devrelerde kullanılan trafoların nüvesi ise ferrit

maddesindendir.

5

Şekil 5. Transformatörlerin genel yapısı

3.2. Transformatörlerin ÇalıĢma Ġlkesi

Transformatörde primer ve sekonder sargıları arasında hiçbir fiziksel bağlantı

yoktur. Sekonder devresinin çektiği güç, manyetik alan yardımıyla primer devreden çekilir.

Şekil 5‟ de görüldüğü gibi primer (N1) sarımına AC gerilim uygulandığında bu

sargıların etrafında manyetik alan oluşur. Bu alan ince çelik saçlardan yapılmış olan nüve

üzerinden geçerek N2 sargılarını keser (iletken içindeki elektronları hareket ettirir) ve U2

gerilimini oluşturur [6].

3.3. Transformatör Seçimi

Uygulamada çeşitli gerilim ve akım değerlerinde trafolar kullanılır. Kimi trafoların

çıkış gerilimi tek kademeli olurken bazıları ise çok çeşitli değerlerde gerilim verebilecek

şekilde üretilmektedir [4]-[6].

Eğer, 12 V/1 A çıkış verebilecek bir DC güç kaynağı yapılmak isteniyorsa, bu iş

için 10-15 Watt‟lık güce sahip bir trafo seçmek gerekir. Üzerinde 12 V-50 Watt yazan bir

trafonun verebileceği maksimum akım ise

P=U.I (1)

olduğuna göre

I = P/U = 50/12 = 4,16 = 4 Amper‟dir. (2)

6

3.4. Transformatörlerin Sağlamlık Testi

Trafo gerilimi düşürücü özellikte ise, ohmmetre X1, X10, X100 ya da X1K

kademesine alınarak yapılan ölçümde primer direnci sekonder direncinden yüksek

olmalıdır.

7

4. DOĞRULTUCULAR (AC’YĠ DC’YE DÖNÜġTÜREN DEVRELER)

Elekronik cihazların çoğunluğu DC ile çalışır. Konutlarda ise AC 220 Volt‟luk

gerilim vardır. DC gerilim, pil, akü, dinamo gibi araçlardan başka doğrultmaçlarla da elde

edilebilir.

4.1. Bir Diyotlu Yarım Dalga Doğrultucu

Tek diyotlu doğrultma devreleridir. Yarım dalga doğrultucu devresinde çıkış sinyali

tam düzgün olmaz.

Şekil 6. Yarım dalga doğrultucu devresi - giriş ve çıkışındaki dalga şekilleri [4].

Şekil 6‟ da verilen devrede görüldüğü gibi trafonun üst ucundaki (A noktası)

sinyalin polaritesi pozitif olduğunda diyotdan ve alıcı üzerinden akım geçer.

Trafonun üst ucundaki sinyalin polaritesi negatif olduğunda ise diyot akım

geçirmez (kesimde kalır). Sonuçta alıcıdan tek yönlü akım geçişi olur. Alıcıya seri olarak

DC akım ölçebilen bir ampermetre bağlanacak olursa ibrenin tek yönlü olarak saptığı

görülür [4].

4.2. Orta Uçlu Trafolu Tam Dalga Doğrultucular

AC‟nin her iki alternansının da alıcıdan tek yönlü olarak akarak geçmesini sağlayan

devredir. Bu tip devrenin kurulabilmesi için orta uçlu trafoya ihtiyaç vardır.

8

Şekil 7. Orta uçlu trafolu, iki diyotlu tam dalga doğrultucu devresi ve giriş çıkış

uçlarındaki dalga şekilleri [4]

Şekil 7‟ de verilen devrede görüldüğü gibi trafonun üst ucunda pozitif polariteli

sinyal oluştuğunda D1 diyodu ve alıcı üzerinden akım geçişi olur. Trafonun alt ucunda

pozitif polariteli sinyal oluştuğunda ise D2 diodu ve alıcı üzerinden akım geçişi olur.

Diyotlar sayesinde alıcı üzerinden hep aynı yönlü akım geçmektedir ve bu da DC akımdır

[4].

4.3. Köprü Tipi Tam Dalga Doğrultucular

AC‟ yi en iyi şekilde DC‟ye dönüştüren devrelerdir. Her türlü elektonik cihazın

besleme katında karşımıza çıkar.

Şekil 8‟ de verilen devrede görüldüğü gibi trafonun sekonder sarımının üst ucunun

polaritesi pozitif olduğunda D1 ve D3 diyotları iletime geçerek Ry (yük direnci) üzerinden

akım dolaşır. Trafonun sekonder sarımının alt ucunun polaritesi pozitif olduğunda ise D2 ve

D4 diyotları iletime geçerek Ry üzerinden akım dolaşır.[4]

Şekil 8. Köprü tipi tam dalga doğrultucu devresi,giriş ve çıkış uçlarındaki dalga

şekilleri [4]

9

5. ENTEGRE GERĠLĠM REGÜLATÖRLERĠ

DC güç kaynağı devrelerinde montaj kolaylığı sağlamak için bir çok elektronik

devre elemanı (zener diyot, transistör, direnç vb.) bir gövde içinde birleştirilerek DC

regülatör devreleri yapılmıştır.

Güç kaynaklarında, şebeke gerilimi transformatör ile düşürülür, diyotlar yardımıyla

doğrultulur ve filtreler ile düzgünleştirilir. Daha sonra regülatör entegreleriyle sabit hale

getirilerek alıcılar beslenir.

5.1. Pozitif (+) ÇıkıĢlı Gerilim Regülatörleri

Toprağa göre pozitif DC gerilim verirler. Uygulamada yaygın olarak 78XX ve

TDD16XX serisi kullanılmakta olup “2-24 Volt” arası çıkış veren modelleri vardır.

78XX serisi entegrelerin çıkış akımları değişken değerlerde (100mA, 500mA, 1A,

2A, 3A, … gibi) olurken, TDD16XX serisi entegrelerin çıkış akımı 500mA‟ dir.

Regülatör entegreleri büyük akım taşıdığı zaman, ortaya çıkabilecek ısınma

problemini azaltmak için soğutucu plakalar kullanılır.

78XX serisi pozitif çıkışlı regülatör entegrelerinin bazı tiplerinin özellikleri :

- 78LXX serisi regülatörlerin çıkış akımı 0.1 A‟ dir. Bu serinin bazı çeşitleri

şöyledir. 78L02 (2V) , 78L05 (5 V), 78L06 (6 V), 78L08 (8 V), 78L09 (9 V), 78L10 (10

V), 78L12 (12V) , 78L15 (15 V) …

Şekil 9. 78XX serisi regülatörlerin (78MXX, 78LXX, 78XX) ayaklarının dizilişi

10

- 78MXX serisi regülatörlerin çıkış akımı 0.5 A‟dir. Bu serinin bazı çeişitleri

şöyledir. 78M05 (5 V), 78M06 (6 V), 78M08 (8 V), 78M09 (9 V), 78M12 (12 V), 78M15

(15 V), 78M18 (18 V), 78M24 (24 V) ...

- 78XX serisi regülatörlerin çıkış akımı 1 A‟dir. Bu serinin bazı çeşitleri şöyledir.

7805 (5V) , 7806 (6 V), 7808 (8 V), 7809 (9 V), 7810 (10 V), 7812 (12 V), 7815 (15 V),

7824 (24 V) …

Şekil 10. 78XX serisi pozitif çıkışlı regülatörün iç yapısı [4]

5.2. Negatif (-) ÇıkıĢlı Gerilim Regülatörleri

Toprağa göre negatif DC verirler. En çok kullanılan çeşitleri: 7905, 7906, 7908,

7909, 7912, 7915, 7918,7924‟ dür.

79XX serisi negatif çıkışlı ragülatör entegrelerinin özellikleri :

- 79LXX serisi regülatörlerin çıkış akımı 100 mA‟ dir. Bu serinin bazı çeşitleri

şöyledir. 79L05 (-5 V), 79L12 (-12 V), 79L15 (-15 V) …

- 79XX serisi regülatörlerin cıkış akımı 1 A‟dir. Bu serinin çeşitleri şöyledir. 7905

(- 5 V), 7906 (-6 V), 7908 (-8 V), 7912 (-12 V), 7918 (-18 V), 7924 (-24 V) .

11

Şekil 11. 79XX serisi regülatörlerin ayaklarının dizilişi ve 78XX serisi

regülatörlerinin ayaklarının dizilişinden farkı

Şekil 11‟de de görüldüğü gibi, 78XX ve79XX serisi regülatörlerinin ayak dizilişleri

farklıdır. Dolayısıyla bu regülatörler devrelere eklenirken ters bağlanmamalıdır. Aksi halde

kısa bir sürede regülatörler aşırı ısınarak yanabilir.

Kullanılan bu regülatörlere, gerek duyulduğu zman, üst kısımlarında görülen boşluk

yardımıyla bir metal vidalanarak, yüzey alanı arttırılabilir ve böylece soğuma yüzeyi

arttırılmış olur [4].

12

6. DOĞRULTUCULARDA KULLANILAN FĠLTRE(SÜZGEÇ) ÇEġĠTLERĠ

6.1. Kondansatörlü Filtreler

Doğrulutucu devresinin çıkışına parelel olarak bağlanan kondansatör, çıkışta

aldığımız sinyali süzgeçleyerek düzgün hale getirir.

Şekil 12. Köprü tipi tam dalga doğrultucu devresi

Şekil 12‟de gösterilen tam dalga doğrultmaç devresi şekil 8‟ de gösterilen köprü tipi

tam dalga doğrultucu devresidir. Filtre devresi ise şekil 13‟ de gösterilen kondansatörlü bir

filtredir.

Şekil 13. Kondansatörlü filtre devresi

Şekil 12 ve şekil 13‟de görüldüğü gibi, köprü tipi tam dalga doğrultucunun

çıkışındaki pozitif alternans, maksimum değere doğru yükselirkem kondansatör dolmaya

başlar. Alternans sıfır (0) değerine doğru inerken ise, kondansatör üzerindeki yükü (akımı)

alıcıya (RL) verir. Böylece alıcıdan geçen doğru akımın biçimi daha düzgün hale gelir.

Filtre olarak kullanılan kapasitenin değeri ne kadar büyük olursa, çıkıştan aldığımız

DC daha düzgün olur. Doğrultucu devrelerde alıcının çektiği akım göz önüne alınarak 470

– 38000 mF arası kapasiteye sahip, elektrolitik tip kondansatörler kullanılır.

13

Kondansatörün filtre olarak kullanıldığı zaman çıkış gerilimini yükseltmesinin

nedenini şöyle açıklayabiliriz: Kondansatörler AC‟ nin maksimum değerinde dolarlar. AC‟

nin maksimum değeri etkin değerinden %41 fazla olduğundan, doğrultucunun çıkışındaki

DC, girişteki AC gerilimden yaklaşık olarak %41 oranında daha fazla olur. Devrenin

çıkışına yük bağlandığında gerilimdeki bu yükselme düşer [4]-[5].

6.2. Bobinli Filtreler

Bobinlere değişken özellikli akım uygulandığında sargıların etrafında bir manyetik

alan oluşur. Bu alan kendisini oluşturan akıma (etkiye) karşı koyar. Yani yükselen giriş

akımını bastırır. Uygulanan akım kesilince ise bobin etrafındaki alanın aniden sıfır

değerine doğru azalması nedeniyle bobinde bir gerilim (emk) oluşur. Bu gerilim şebekenin

geriliminde yükseltme etkisi yapar.

Yani, diyodun çıkışında bulunan dalgalı akım sıfırdan itibaren yükselirken bobin

bunu bastırmaya çalışır. Akım tepe değerinden sıfıra doğru inerken ise bobin bir gerilim

oluşturarak alıcıya giden gerilimi yükseltmeye çalışır.

6.3. Bobin ve Kondansatörlü Filtreler

Bobin ve kondasatör bir arada kullanıldığı zaman çıkıştan alınan DC daha düzgün

olur. Süzgeç devresindeki bobin çıkıştaki salınımın oranını düşürür. Daha sonra

kondansatör dolup boşalarak alıcıya giden akımın daha da düzgün hale gelmesini sağlar.

6.4. Kondansatör-Bobin-Kondansatörlü Filtreler

En iyi ve en kaliteli süzgeç devresidir. Hassas yapılı devrelerin çıkışının

süzgeçlenmesinde kullanılır. Diyotların çıkışından gelen dalgalı akım, C-L-C‟ den oluşan

süzgeç devresinden geçerken üç etkiye maruz kaldığından daha düzgün bir akıma dönüşür.

14

7. ĠġLEMSEL YÜKSELTEÇLER (OP-AMP)

Doğrusal karakteristiğe sahip, iki giriş ve tek çıkıştan oluşan, yüksek kazançlı

devrelere op-amp (operasyonel amplifikatör-işlemsel yükselteç) denir. İşlemsel

yükselteçlerin kullanım alanları şunlardır;

DC gerilimleri yükseltir.

AC gerilimleri yükseltir.

Osilatör olarak çalışır.

Sinüs sinyalleri üretir.

Anahtar olarak kullanılır.

Bir sinyalin frekans geçişine etki eder.

Tablo 1. İşlemsel yükselteçlerin idealde ve pratikteki özelliklerinin karşılaştırılması [5]

İşlemsel Yükselteçlerin Özellikleri

Özellikler İdeal Pratik

RE giriş direnci 500K…1010

(FET girişli)

Ra çıkış direnci 0 10…500 ohm

Yükseltim 10000…20000

Bant genişliği 0… 0…10 kHz (100 MHz)

Giriş gerilim kayması 0 < 0.5 uV/oC

Giriş ofset gerilim 0 < 0.5 mV

Giriş ofset akımı 0 < 0.3 nA

7.1. ĠĢlemsel Yükselteçlerin Yapısı

İşlemsel yükselteçler iki ayrı giriş ve tek çıkıştan oluşur. Girişlerinden biri

evirmeyen (terslemeyen), diğeri ise eviren (tersleyen) giriştir. Eviren girişe uygulanan

sinyal çıkıştan 1800 faz farklı olarak alınır. Evirmeyen girişe uygulanan sinyal çıkıştan aynı

fazda alınır.

15

Şekil 14. İşlemsel yükseltecin sembolü

İdeal işlemsel yükselteçlerin özellikleri:

Gerilim kazancı ve band genişliği sonsuzdur. * Çıkış empedansı sıfırdır, giriş

empedansı sonsuzdur.

Giriş uçları kısa devre edildiğinde çıkış sıfırdır.

Girişin, çıkışta elde edilmesi için gereken süre (propagasyon gecikmesi) sıfırdır.

Giriş devresi akım çekmez, çıkış devresinde gerilim düşümü olmaz.

Karakteristik özellikleri sıcaklıktan etkilenmez.

Uygulamalarda en çok kullanılan 741 kodlu op-amp‟ın özellikleri:

Gerilim kazancı 45.000-200.000 arasındadır.

Giriş direnci 0.3-2 MW arasındadır.

Çıkış direnci 50-100 MW arasındadır.

Band genişliğ 1 MHz dolayındadır.

Çıkış akımı 10-100 mA dolayındadır.

Karakteristikleri sıcaklıkla çok az değişmektedir.

Giriş uçlarının çektiği akım sıfıra yakındır

Giriş uçlarına 0 V uygulandığında çıkış uçlarından 0 V alınır.

Şekil 15. UA741 işlemsel yükseltecinin ayak bağlantıları ve üstten alttan görünüşü

16

7.2. ĠĢlemsel Yükselteçli Uygulama Devreleri

7.2.1. Gerilim Ġzleyici Devre

Empedans uyumluluğu sağlamak veya devreleri birbirinden yalıtmak amacıyla

kullanılan devrelere gerilim izleyici denir. İşlemsel yükselteçlerle yapılan gerilim

izleyicilerde kazanç 1 olduğundan bant genişliği oldukça yüksektir. Giriş direnci çok

büyük, çıkış direnci oldukça küçüktür [5].

Şekil 16. Gerilim izleyici devre

7.2.2. Faz Çeviren Devre

İşlemsel yükselteçlerde eviren ve evirmeyen olmak üzere iki giriş vardır. Giriş

sinyali ile çıkış sinyali arasında 1800 faz farkı vardır. Elde edilen kazanç değeride, geri

besleme direncinin çıkış direncine oranıdır [5].

7.2.3. Faz Çevirmeyen Devre

İşlemsel yükselteçlerle yapılan terslemeyen yükselteç op-amp‟ın (+ giriş)

evirmeyen girişi kullanılarak yapılır. Böyle bir yükselteç devresinde giriş sinyali ile çıkış

sinyali arasında fark yoktur. Kazanç değeri ise eviren yükselteçden 1 fazladır [5].

17

7.2.4. Toplayıcı Devre

Şekil 17. İşlemsel yükselteçli faz tersleyen toplayıcı

Şekil 17‟de görüldüğü gibi devre eviren yükselteç olarak çalışmaktadır. Rf geri

besleme direncinden geçen akıma If, R1 direncinden geçen akıma I1, R2 direncinden geçen

akıma I2, Rn direncinden geçen akıma In diyelim. Yükseltecin giriş direnci çok yüksek

olduğundan girişten akım akmaz. Kirchoff akımlar kanununa göre;

I1 + I2 + …+ In = If olur. (3)

İşlemsel yükseltecin eviren girişindeki gerilimin (V2), evirmeyen girişteki gerilime

(V3) eşit olduğunu biliyoruz. Evirmeyen giriş toprakta olduğundan V2 = V3 = 0 V‟dur. Bu

durumda ohm kanunundan yararlanarak,

I1 yerine, I1= Vg1/R1 (4)

yazılabilir.

Vg1/R1 + Vg2/R2 + …..

+ Vgn/Rn = - Vç /Rf olur. (5)

Vç = - ((Rf/R1)*Vg1 + (Rf/R2)*Vg2 + …+ (Rf/Rn)*Vgn) olarak formülü

düzenleyebiliriz. Eğer dirençler birbirlerine eşit olarak seçilirse;

Rf = R1 =R2=Rn (6)

18

Vç = - (Vg1 + Vg2 + … + Vgn) (7)

olarak yazılır. „-„ işareti devrenin eviren olmasından dolayı gelmektedir [5].

7.3. ĠĢlemsel Yükselteçlerin Offset Ayarının Yapılması

Op-amp‟ların eviren ve evirmeyen uçları kısa devre edildiğinde çıkış geriliminin

sıfır olması gerekir. Fakat entegre içinde kullanılan transistörlerin karakteristiklerine bağlı

olarak, giriş uçları kısa devre edilse bile çıkışta bir miktar offset gerilimi oluşabilir.

Girişteki bu gerilim kazanca bağlı olarak çıkışta hissedilir. İstenmeyen bu çıkış gerilimini

sıfırlamak için 741‟in 1 ve 5 numaralı uçları arasına bir potansiyometre bağlanır.

Potansiyometrenin orta ucu simetrik beslemenin eksi ucuna bağlanır. Potansiyometre

ayarlanarak istenmeyen çıkış gerilimi sıfırlanır [5].

Şekil 18. İşlemsel yükseltecin offset ayarının yapıldığı örnek devre

19

8. OSĠLATÖRLER

Osilatörler DC güç kaynağındaki elektrik enerjisini AC elektrik enerjisine belirli bir

frekansta harici sinyal uygulanmadan transfer edebilen devrelerdir.

Genellikle sinüs işaret üreteci olarak bilinen osilatörler, üçgen veya testere dişi

biçiminde işaret üretmenin yanı sıra, sayısal haberleşme tekniğinde kare dalga osilatörleri

ve sentezleyicileri olarak da kullanılırlar. Ayrıca kare dalga osilatörleri faz kenetleme

devrelerinde de kullanılmaktadır.

Temel olarak bir osilatör; kuvvetlendirici ve geri besleme katlarından oluşan,

girişinde herhangi bir işaret bulunmaksızın, çıkışında devrenin kendisi tarafından

belirlediği bir dalga formunda işaret üreten elektronik devrelerdir. Buna ait blok diagramı

aşağıda gösterilmiştir [2]-[3].

Şekil 19. Osilator dalga formları

Osilatörlerin aktif elemanları genellikle transistör ya da FET olup, işaretin frekansı

geri besleme devresinin içinde bulunan akortlu (ya da piezoelektrik kristal) tarafından

belirlenir. Birçok osilatör devresi mevcuttur fakat amaca en uygun osilatör devresi

seçimine bazı faktörler etkilidir. Bu faktörler şöyle sıralanabilir:

1. Çalışma frekansı

2. Çıkış genliği

3. Frekans kararlılığı

4. Genlik kararlılığı

5. Çıkış dalga formu saflığı

6. İstenmeyen moddaki işaretlerin elde edilebilme olasılığı

20

8.1. Osilasyon Kriterleri

Osilasyonda devrenin salınmasına neden olan olay nedir? Burada ilk olarak, çıkış

işaretinin belli bir parçasının girişe geribesleme olarak bağlanması gerekmektedir. Eğer

geri besleme işareti giriş işaretinden daha büyük ve eş fazlı ise osilasyon başlar ve doyma

olayı kapalı çevrim kazancını 1‟e düşürene kadar artmaya devam eder. Burada pozitif geri

besleme mevcutur. Pozitif geribesleme girişe, çıkış işaretinin bir parçasının aynı fazda

uygulanması olarak adlandırılır.

Şekil 20. Geri Besleme ve kapalı çevirim

Özetlersek, osilasyon için Berkhausen Kriterleri olarak da bilinen şu koşullar

olmalıdır:

1. Geribesleme çevrimi üzerindeki toplam faz kayması 00 olmalıdır.

2. Kapalı çevrim kazancı (Kuvvetlendirici kazancı Av, Geri besleme kazancı β)

1‟e eşit olmalıdır.

Av . β = 1 (8)

Görüldüğü gibi kuvvetlendirici kazancı Av 1‟den büyük, geri besleme devresinin

kazancı (dolayısı ile kaybı) β ise 1‟den küçük olmalıdır.

21

8.2. Osilasyon Kavramı

Şekil 21‟ da gösterildiği gibi osilatör için üç faz meccuttur. Bunlardan ilki

çalıştırma, ikincisi işaretin gelişimi ve üçüncüsü kararlı osilasyon fazıdır.

Osilasyon devresine ilk güç uygulandığı zaman, harici enerji kaynağı yardımı ile

meydana gelen bu değişim, anlık fakat harmonikler açısından zengin bir geçiş dönemi

meydana getirir. Osilatörün geribesleme devresi, aynı zamanda, bir frekans belirleme

devresidir. Devre çıkışında meydana gelen bu harmonikler içerisinden geribesleme devresi

tarafından belirlenen frekans girişe aynı fazda uygulanır.

İşaretin gelişimi fazında, kapalı çevrim kazancı 1‟den büyük olmalıdır ki girişe

uygulanan işaret, kuvvetlendirici tarafından istenilen büyüklüğe zamanla ulaştırılsın.

Karalı osilasyon fazında ise kapalı çevrim kazancı Av . β = 1 olmalıdır (Berkhausen

Kriteri). Bu duruma kuvvetlendiricinin ya da geribesleme devresinin kazancını düşürecek

bir devre düzenlenmesi ile ulaşılabilir. Bu işlem yapılırken kuvvetlendiricinin doyması

nedeniyle kırpılmaya uğramamasına dikkat edilmelidir. Böylece çıkış işaretinin dalga şekli

bozulmamış bir sinüs, aksi halde kuvvetlendiricinin kesim ve doyma aralıklarında çalışan

bir kare dalga şeklinde olacaktır. Bu durum Şekil 21‟de gösterilmiştir [1].

Şekil 21. Osilatör çalışmasının temelleri

22

8.3. Sinüzoidal Osilatörler

8.3.1. RC Osilatörleri

RC osilatörleri RC zaman sabitinin osilasyon frekansını belirlemesi ilkesine

dayanır. RC osilatörleri yüksek frekanslar için uygun değildir, birkaç MHz frekansa kadar

kullanılırlar. Bu nedenle kuvvetlendirici katında işlemsel kuvvetlendiriciler (Op-Amp)

kullanılır [3].

Şekil 22‟de Faz Kaydırmalı Osilatör devresi gösterilmektedir. Bu devrede

kullanılan faz döndüren kuvvetlendiricinin giriş işareti ile çıkış işareti asında 1800 faz farkı

vardır. İşlemsel kuvvetlendiricinin çıkış tarafında bulunan C1, R1; C2, R2; C3, R3‟den her

bir R-C çifti 600 faz döndürmektedir. Böylece oluşan devre çalışma frekansında toplam

1800 faz döndürdüğünden, devrenin çıkışı ile işlemsel kuvvetlendiricinin faz döndüren

girişi arasında faz farkı bulunmamaktadır. Bu da osilasyon koşulunu sağlamaktadır.

Şekil 22. Faz kaydırmalı osilatör

Bu faz kaydırmalı osilatörün frekansı ise şu eşitlik yardımıyla bulunur:

fr = (9)

Bir başka RC osilaötü ise Wien Köprü Osilatörleri‟ dir. Bu osilatörde seri ve paralel

R-C devreleri Wien köprüsünü oluşturur. Bu köprü sayesinde faz kayması ortadan

kaldırılarak Av . β = 1 (Berkhausen Kriteri) sağlanır, faz kayması 00‟ye indirilir [2].

23

Şekil 23. Wien köprü osilatörü

Şekil 23‟te görülen Wien Köprü osilatörü gösterilmiştir. Çıkış sinyali, işlemsel

kuvvetlendiricinin faz çevirmeyen (+) girişine R1 ve C1 elemanlarıyla geri beslenmektedir.

R1 – C1, R2 – C2‟ den oluşan köprü devresi, maksimum geri beslemeyi sağlamakta ve

çalışma frekansında faz açısını 00 yapmaktadır.

Çıkıştan alınan sinüzoidal sinyalin frekansı veya devrenin çalışma frekansı;

f = (10)

formülüyle bulunur. Eğer devrede R1= R2 = R ve C1= C2 = C seçilirse;

f = (11)

olur. Ayrıca devrenin istenen frekansta osilasyon yapması ve yeterli çevrim kazancına

sahip olması için;

=2 (12)

seçilmelidir.

24

8.3.2. LC Osilatörler

LC osilatörler, 100 kHz ve üzeri frekanslar için ugundur. LC osilatörler genellikle

yüksek frekanslar üretmek için kullanıldığından genellikle BJT ve FET gibi elemanlar

kuvvetlendirici katında tercih edilir. Bu elemanların seçiminde osilatörün çalışma frekansı

da rol oynar.

Şekil 24. Armstrong osilatörü

Şekil 24‟te Armstrong Osilatörü gösterilmektedir. Burada osilatörün frekansı

şekilde de gösterildiği gibi, geri besleme devresinde bulunan C4 ve L3 elemanları tarafından

belirlenir. T1 geribesleme transformatörünün sekonder sargıları transistorün girişi olan baz

noktasına bağlanmıştır. Kuvvetlendiricinin girişi ile çıkışı aynı fazdadır. Geribesleme

işareti transistör girişine, R1 ve R2 dirençlerinin oluşturduğu DC beslemenin etkilenmemesi

için C3 kondansatörü üzerinde verilmiştir. L1 endüktansı “rf boğucu (RFC)” olarak

adlandırılan rezonan frekansında yüksek direnç gösteren bir bobindir. Armstrong

osilatörünün çalışma frekansı aşağıdaki gibi hesaplanır: [2]

fr = (13)

Şekil 25‟ de gösterilen Clapp osilatöründe frekans, C2, C3, C4 kondansatörleri ve L2

endüktansı tarafından belirlenir. Clapp osilatörünün frekansı transistorün jonksiyon

kapasitesinden genellikle etkilenmez. Bu osilatörün çalışma frekansı:

25

fr = (14)

Bu eşitlikte yer alan Ceş eşdeğer kapasitesi ise:

Ceş = (15)

ile hesaplanır.

Şekil 25. Clapp osilatörü

Şekil 26‟de gösterilen Colpitts Osilatöründe frekans C3, C4 ve L2 değerleri ile

belirlenir. Rezonans frekansı transistorün jonksiyon kapasitesinden daha fazla etkilenir. Bu

yüzden Clapp osilatörü kadar yaygın kullanılmaz. Colpitts osilatörü içi çalışma frekansı:

fr = (16)

şeklinde hesaplanır. Burada Ceş :

Ceş = (17)

26

Şekil 26. Colpitts osilatörü

Bir başka LC osilatörü olan Hartley Osilatörü, Şekil 27‟da gösterilmektedir. Bu

osilatörün çalışma frekansı iki ayrık L1 ve L2‟nin varlığı sonucunda oluşan ortak indüktans

LM nedeniyle biraz karmaşık görünmektedir. LM ortak indüktansının değeri, bağlama sabiti

(K) yardımıyla belirlenir. Bunlarla beraber Hartley osilatörünün çalışma frekansı:

fr = , Leş = L2 + L3 + 2Lm (18)

ile hesaplanır. Burada fr = Osilatörün çalışma (rezonans) frekansı (Hz)‟dır.

Şekil 27. Hartley Osilatörü

27

8.3.3. Kristal Kontrollü Osilatör

Tam ve kararlı osilasyonun sağlanabilmesi için osilatörlerin geribesleme yolu

üzerinde piezoelektrik kristali adı verilen doğal yapılar kullanılır. Piezoelektrik kristali

aslında bir quartz kristalidir. Bu kristallerden piezoelektrik etkiye sahip olanlar bu amaç

doğrultusunda kullanılırlar. Bu etki, kristalin üzerine bir AC gerilim uygulandığında

mekanik olarak uygulana frekansta bir titreşim oluşturmasıdır. Bunu tersi de doğrudur.

Yani kristal titreşime uğrarsa üzerinde ir gerilim oluşur. Bu kristalin üzerinde en büyük

titreşim kendi doğal frekansında oluşur. Bu frekans kristalin fiziksel boyutu ve kesiti ile

belirlenir. Ancak kalınlık ile ters orantılıdır.

Şekil 28. Kristal ve eşdeğeri

Yukarıdaki şekil 28‟de kristalin sembolü ve eşdeğeri görülmektedir. Görüldüğü

gibi kristal eşdeğer devresi ser – paralel RLC devresi olup, ya seri ya da paralel rezonansta

çalışabilir. Seri rezonans devresi L1, C1, ve R1 elemanlarından oluşurken, paralel rezonans

Cm elemanının devrenin diğer bir kısmına paralel olarak eklenmesiyle oluşmaktadır. Yani

anlaşılabileceği gibi bir kristal iki temel frekansa sahiptir. Bu frekanslar:

fpar = (19)

burada;

fpar = Paralel rezonans frekansı

28

Ceş = (20)

Seri rezonans modunda ise;

fser = (21)

8.4. Non–Sinüzoidal Osilatörler (ĠĢaret Üreteçleri)

8.4.1. Üçgen Dalga Osilatörü

Üçgen dalga osilatörü, işlemsel kuvvetlendirici ile oluşan bir integral alıcı devrenin

girişine (+)V ve (-)V gerilimlerin anahtarlanarak verilmesiyle ya da bu kuvvetlendiricinin

başına bir karşılaştırıcı yerleştirilmesiyle gerçekleştirilebilir [5].

Şekil 29. Üçgen dalga osilatörü

Şekil 30. Üçgen dalga osilatörü çıkış dalga formları

29

Burada Şekil 29‟daki devre hem üçgen hem kare dalga üretiminde kullanılabilir.

Birden fazla işaret üretebilen bu düzeneklere Fonksiyon Jeneratörü denir.

Kare dalganın genliği karşılaştırıcının çıkışına bağlıdır. Üçgen Dalga ise R2 ve R3

dirençlerine bağlı olarak:

VUTP = + Vmax ( ) (22)

VLTP = - Vmax ( ) (23)

ile bulunur. Burada R2 R3 olmasına dikkat edilmelidir. Osilatörün frekansı ise;

f = (24)

ile hesaplanır.

Başka bir pratik uygulaması da Schmitt tetikleme devresi ve integral alıcı devreden

oluşan üçgen dalga üretecidir. Schmitt tetikleme devresi, karşılaştırıcı olarak çıkışında

+Vcc veye –Vcc gerilimini verir. Böylece tetikleyici çıkışında bir kare dalga oluşur.

İntegral alıcı da, bu kare dalganın integralini alarak üçgen dalgayı oluşturur.

Şekil 31. Pratik bir üçgen dalga üreteci

Şekil 31‟deki ilk OP-AMP schmitt tetikleyici, ikinci OP-AMP ise integral alıcıdır.

Devrenin çıkış frekansı ise P1 ile gösterilen ayarlı direnç ile ayarlanabilmektedir.

30

8.4.2. Kare Dalga Osilatörü

Kare dalga üreteçleri birçok şekilde gerçekleştirilebilir. Aralarında en yaygın olanı

555 Tümlesik Devre (Integrated Circuit – IC) ile gerçekleştirilir. Neredeyse her frekansta

ve dalga şeklinde işaret üreteçleri bu IC‟ler halinde piyasada bulunabilir. IC‟lerin en

önemli avantajları; düşük gürültülü olmaları, ideale en yakın davranış göstermeleri ve de

aynı işlevi gören ayrık devrelere oranla çok daha ucuz olmalarıdır.

Kararsız (astable) modda iken bir kare dalga üreteci olarak çalışan 555 tümleşik

devresinde, 3 direnç ile oluşturulan gerilim bölücü sayesinde, karşılaştırıcıların eşik

gerilimlerini belirlemektedir. Her üç direnç de eşit seçildiğinden üst karşılaştırıcı 2/3 Vcc,

alt karşılaştırıcı ise 1/3 Vcc eşik gerilimine sahiptir. Karşılaştırıcı çıkşı ise flip-flop‟u

kontrol etmektedir. Tetikleme (trigger) girişi 1/3Vcc gerilimine doğru düşünce, flip-flop set

konumuna gelir ve çıkışı yükseltir. Eşik (treshold) 2/3Vcc gerilimine gelince ise tam tersi

olarak flip-flop resetlenerek çıkış seviyesini düşük seviyeye getirir [1].

Şekil 32. 555 tümleşik devrenin dolması ve boşalması

Şekil 32‟ de, C kondansatörü R1 ve R2 üzerinden dolarken, sadece R2 üzerinden

boşalır. Dolayısıyla dolarken zaman sabitesi (R1 + R2)C iken, boşalırken ise R2C‟dir.

1/3Vcc ve 2/3Vcc arasındaki dolam zamanına tH ve boşalma zamanına tL dersek:

31

tH = 0.693 (R1 + R2)C (25)

tL = 0.693 R2C (26)

olur. Bu durumda toplam periyot ve frekans:

T = tH + tL = 0.693 (R1 + 2R2)C (27)

f = (28)

olarak bulunur.

Bir kare dalganın pozitif olma süresinin periyota oranına Darbe Periyot Oranı

(DPO) denir ve bu oraN şöyle bulunur:

DPO = = (29)

Burada DPO %50‟den büyük çıkacaktır. Bu oranı eşitlemek için, yani dolma ve

boşalma sürelerini eşitlemek için, R2 direncine paralel bir diyot bağlanabilir (Şekil 33).

Şekil 33. 555 tümleşik devreye diyot bağlayarak DPO‟nun ayarlanması

32

8.4.3. TesterediĢi Osilatörü

Testere dişi osilatör, integral alıcı devrenin gerilim yükselişine belirli bir noktada

müdahale edilerek hızlı boşalması sağlanarak gerçekleştirilir. En yaygın olarak

osiloskopların süpürme periyotlarında kullanılan testeredişi osilatörü, birçok şekilde

oluşturulabilir. Çıkış frekansının aşağıdaki gibi hesaplanabileceği pratik bir örneği de şekil

34‟ de verilmiştir [4]-[5].

f = (30)

Şekil 34. Testeredişi osilatörü

33

9. GERĠLĠM KONTROLLÜ OSĠLATÖR (VCO)

Gerilim kontrollü osilatör, (VCO), devre rezonans bölümünde gerilim değişikli

gördüğü zaman çıkışındaki sinyalin frekansını değiştiren bir devredir. Başka bir değişle

giriş gerilimi ile osilasyon frekansının değiştiği devrelerdir. Osilasyonun frekansı,

uygulanan DC gerilime bağlıdır [1]-[2]-[3]

Birçok çeşit VCO türü bulunmaktadır. Şekil 35‟da basit olarak bir VCO

gösterilmiştir.

Şekil 35. Basit bir VCO diyagramı

Şimdi yukarıdaki şekilde gösterilen VCO‟ nun çalışma prensibini irdeleyerek VCO‟

yu daha yakından tanıyalım:

Burada J1 ve J2 FET ya da MOSFET olmak üzere elektronik anahtar olarak

kullanılırlar. Bu anahtarlamanın amacı Vi gerilimini integral alıcı devrenin girişine

aktarmaktır. Dolayısıyla V01 ifadesinin frekans ifadesinde Vi bir parametre olarak yer

alacaktır. Dolayısıyla giriş gerilim değeri ile frekansı kontrol edilebilen bir devre elde

edilir.

Şimdi bu devrenin çalışmasını inceleyelim;

34

V0 = -Vcc iken J1 ON, J2 OFF konumundadır. Burada J1 kısa dever olarak kapalı

anahtar görevi görür. Böylece integral alıcı devrenin girişine +Vi gelmiş olur. Bu durumda

integral alıcı devrenin:

V01 = (31)

formülüne göre negatif eğimi olur. Bu durumda:

V2 = (32)

olduğundan, schmitt konum değiştirerek

V2 = (33)

olur. Bu defa da J1 OFF olurken J2 ON konumunu alır. Böylece integral alıcının girişine

–Vi gerilimi verilir. İntegral alıcı tanım bağıntısı gereği bu defa pozitif eğimli bir gerilim

meydana getirir. Bu işlem schmitt tetikleyicinin sürekli konum değiştirmesiyle devam eder.

Sistemin frekansı ise;

V1 = + , 0 t T/2 (34)

V1 = , t = T/2 (35)

Vcc = + (36)

T = 4 (37)

f = (38)

ile hesaplanır.

35

9.1. JTOS ve Diğer Bazı Entegre VCO’lar

Girişine uygulanan gerilime göre çıkışında (RFout) frekans değeri değişen

entegrelerdir. Bu entegreler 2GHz‟e kadar çıkabilmektedir. Yüzey monteli (surface mount)

olan JOTS, ROS ve JCOS, priz girişli olan POS ve bağlantılı (connectorized) olan ZOS

modelleri başlıca kullanılan entegrelerdir.

Şekil 36. JTOS, ZOS, ROS

Çalışmamızda entegre VCO‟lardan JTOS‟ tan yararlandık. JTOS‟ların istenilen

frekans aralıklarına göre birçok çeşidi bulunmaktadır. Bunların başıcaları JTOS 150, JTOS

200, JTOS 200+, JTOS 300, JTOS 535+, JTOS 1025, JTOS 1300, JTOS 1300+, JTOS

1650, JTOS 1950, JTOS 2000, JTOS 2200‟dür. Kullandığımız JTOS 1300‟ ün tipik

değerleri Tablo 2‟ de verilmiştir.

Tablo 2. JTOS 1300‟ ün tipik performans bilgileri

36

10. UYGULAMA PROJESĠ

Devremiz 3 ana bölümden oluşmaktadır. Bunlar AC-DC dönüştürücü (güç

kaynağı), üçgen dalga-testeredişi dalga üreteci ve JTOS‟ dur. Güç kaynağımızın çıkışları

+9 V, -9 V ve 15 V „dur. +9 V ve -9 V ile işaret üreteçlerimizde kullandığımız OP-

AMP‟ları besliyoruz (+Vcc ve –Vcc). +15 V ile de JTOS elemanını besliyoruz. JTOS‟ un

girişine üçgen dalga, testere dişi dalga ve sabit DC gerilim (0-15V ayarlı) vererek frekans

değişimini inceledik.

10.1. Kullanılan Malzemeler

Güç kaynağı:

2 adet trafo (220V/15V-10W, 220V/12V-4W)

2 adet köprü tipi tam dalga doğtultucu

3 adet 2.2uF kutuplu ve 6 adet 100nF kutupsuz kondansatör

1 adet 7809, 1 adet 7909 ve 1 adet 7815 entegre gerilim regülatörü

İşaret üreteci:

4 adet LM741 op-amp

1 adet TL082 op-amp

1adet 5.6k, 1 adet 10k, 1 adet 75k, 4 adet 100k, 1 adet 110k ve 1 adet 120k

direnç

1 adet 2M2 ayarlı direnç

1 adet 0.1uF ve 1 adet 22nF kapasite

2 adet 1S1588 diyot (ya da 1N4001)

JTOS:

JTOS-1300 (entegre)

Diğer malzemeler:

Bağlantı kabloları

Soketler

Baskı devre malzemeleri (çözelti-tek taraflı bakır levha (pcb))

Alüminyum ve bakır levhalar (kutu yapımında kullanıldı)

Lehim makinesi ve silikon

37

10.2. Devrelerin OluĢturulması

10.2.1. Güç Kaynağı

Şekil 37‟ de verilen devrenin çıkış akımı 1A‟ dir. Hem girişe hem de çıkışa

bağladığımız kapasiteler, çıkış gerilimindeki titreşimleri, salınımları, parazitleri yani

gerilimde istenmeyen yükselme ve alçalmaları yok etmeye yarar.

Şekil 37. 7809 entegreli 9 Volt‟luk sabit çıkışlı güç kaynağı

Öncelikle +9V elde etmek için şebekeden aldığımız AC 220 V şebeke gerilimini,

transformatör kullanarak AC 12V‟a indirdik. Trafonun çıkışından aldığımız alternatif

gerilimi, köprü tipi doğrultucu kullanarak DC gerilime dönüştürdük. DC gerilimi filtre

ederek parazitlerden arındırıp, daha sabit hale getirdik. 9 V‟ luk bir çıkış gerilimi

alabilmemiz için devrenin çıkışına 7809 gerilim regülatör entegresi bağladık.

JTOS‟un besleme gerilimi olan 15V ve potansiyometre (0–15V) için 15V‟ luk bir

transformatör kullanarak, tranformatör çıkışına aynı adımları uygulayarak 7815 entegresi

bağladık. İlgili devre şeması Şekil 38‟ da gösterilmiştir.

Şekil 38. 7815 entegreli 15 Volt‟luk sabit çıkışlı güç kaynağı

38

İşaret üreteçleri ve toplayıcılar için Op-amp‟ larımızın –Vcc gerilimi olan -9 V‟a da

ihtiyaç vardır. Bu gerilimi de aynı devre ile gerçekleyebiliriz. 7909‟un bağlantıları farklı

olduğu için tek yapmamız gereken kondansatörün yönünü değiştirmektir. Şekil 39‟ daki

devre ile de -9V‟u elde ettik.

Şekil 39. 7909 entegreli - 9 Volt‟luk sabit çıkışlı güç kaynağı

Bord üzerinde gerçekleştirdiğimiz devreleri PROTEUS (ARES) programında

çizerek baskı devresini gerçekleştirdik. Şekil 40 ve 41‟de güç kaynağımızın baskı

devresinin üstten ve alttan görünümü verilmiştir.

Şekil 40. Güç kaynağının baskı devresinin üstten görünümü (Ares)

39

Şekil 41. Güç kaynağının baskı devresinin alttan görünümü (Ares)

10.2.2. Üçgen Dalga-TesterediĢi Dalga Üreteci

JTOS‟ un girişine verdiğimiz üçgen dalga işaretini Şekil 42‟ deki devreden elde

ettik. Şekil 42‟ deki devre iki 741 op-amp dan oluşur. Birinci kısım(U1) schmitt tetikleme

devresi, ikinci kısım (U2) ise integral alıcı devredir. Devreyi beslediğimizde U1 kısmı kare

dalga işaret üretir. U2 kısmı da bu kare dalganın integralini alarak üçgen dalga haline

getirir. Burada Çıkış işaretinin frekansı 2M2 ayarlı direnci ile ayarlanabilir.

Şekil 42. Üçgen dalga işaret üreteci

40

Testere dişi işaretimizi Şekil 43‟ deki devreden elde ettik. Testere dişi işaretin

oluşumu şu şekildedir. İntegral devresinin gerilim yükselmesine belirli bir noktada

müdahale ederek birden boşalmasını sağlar.

Bu devrenin frekansı aşağıdaki analitik formülden hesaplanabilir.

f = (39)

Şekil 43. Testere dişi dalga üreteci

Elde ettiğimiz işaretler (üçgen ve testeredişi), +7ve -7 V arasında idi. JTOS‟ a

vereceğimiz bu gerilimleri, 2V-8V arasına taşıdık. Böylece JTOS‟ da yapacağımız

incelemeyi belirli bir aralıkta değişen gerilime karşı düşen frekans aralığında yaptık.

Yükseltecimizin ise, daha az kaynak kullanımı açısından, -Vcc girişini iptal ederek

(4 numaralı bacağı boşta bırakarak) aşağıdaki şekilde gerçekleştirdik (Şekil 44). Burada

gürültüyü azatlamak için 10k‟lık dirençler kullanılabilir.

Şekil 44. İşaret üretecimizin çıkışındaki yükselteç devresi

41

Şekil 45 ve Şekil 46‟de, gerçekleştirdiğimiz işaret üreteci ve toplayıcıların baskı

devrelerinin alttan ve üstten görünümleri verilmiştir.

Şekil 45. İşaret üretecinin baskı devresinin üstten görünümü (Ares)

Şekil 46. İşaret üretecinin baskı devresinin alttan görünümü (Ares)

Yükseltecin çıkışında, istediğimiz 2V-8V arasındaki üçgen işaretimiz Şekil 47‟deki

gibidir.

42

Şekil 47. Yükselteç (op-amp) çıkışındaki kırpılmış üçgen işareti

Yükselteç çıkışında, istediğimiz 2V-8V arasındaki testeredişi işaretimiz Şekil 48‟da

ki gibidir.

Şekil 48. Yükselteç çıkışındaki kırpılmış testeredişi işareti

10.2.3. JTOS

Özellikleri ve yapısı 1. kısımda anlatılan JTOS, devremizde VCO olarak

çalışmaktadır. Girişine uyguladığımız gerilim seviyesine göre, frekanslar üretmektedir.

Öncelikle JTOS‟ muzu datasheet bilgilerine bakarak uygun şekilde lehimledik.

JTOS‟un Vtune gerilim girişi olan 5 numaralı bacağına, uygun şekilde işaret üreteçlerimizin

ve ayarlanabilen DC gerilimini bağladık. Bir anahtar yardımıyla da kademeli olarak

testeredişi, üçgen dalga ve DC gerilim olarak ayarladık. Vcc gerilimi olarak da 15V‟ u 2

numaralı bacağa uyguladık. RF çıkışını ise 13 numaralı bacaktan ölçtük.

JTOS‟ un girişine (Vtune) uyguladığımız üç farklı işaret için incelemeler yaptık.

Yaptığımız ölçümlerin resimleri ise aşağıdaki Şekil 49, Şekil 50 ve Şekil 51‟deki gibidir.

43

Şekil 49. Üçgen dalga girişe JTOS cevabı

Şekil 50. Testeredişi girişe JTOS cevabı

Şekil 51. Ayarlanabilir DC girişe JTOS cevabı

Bu ölçümlere ilişkin değerlendirmeler sonuç kısmında yapılmıştır.

44

11. SONUÇLAR

Tasarladığımız işaret üreteçleri (üçgen-testeredişi) ve ayarlanabilir sabit gerilimi

ayrı ayrı JTOS girişine uyguladık. Bu üç farklı girişi spektrum analizörden ayrı ayrı

inceledik.

Üstten ve alttan kırparak genliğini 2V-8V arasına getirdiğimiz üçgen dalga

üreticinin çıkışını JTOS‟ a verdik. JTOS‟ un çıkışını spektrum analizörden

gözlemlediğimiz frekans, şekil 50‟ de gösterilmiştir. Analizörden başlangıç değeri olarak

700 MHz, bitiş değeri olarak 1200 MHz ayarladık. Üçgen dalganın şekliyle orantılı olarak

850-1050 MHz arasında değişen frekans değeri gözlemledik. Frekans değeri bu değerler

arasında gidip gelmektedir. Katalog değerinde ise 25 oC‟ de 2V-8V arasında frekans aralığı

838.39- 1025.80 MHz verilmiştir. Oluşan küçük fark ortamın sıcaklık farkından, kullanılan

elemanların ideal olmayışından ve çevremizdeki yüksek frekansla çalışan cihazlardan

kaynaklanmaktadır.

Testeredişi işaret üretecini JTOS‟a bağladığımızda şekil 51‟deki frekans

spektrumunu gözlemledik. Testeredişinin şekliyle orantılı olarak frekansın değişimi

farklılık göstermektedir. Üçgen dalgada gidip-gelen 850-1050 MHz arasındaki

frekansımız, testeredişi işaret uygulandığında aynı aralıkta 850 MHz den 1050 MHz‟e

kadar tarayıp, başa dönüp 850 MHz‟ den tekrardan başlamaktadır. Yani üçgende olduğu

gibi 1050 MHz‟den geri dönüp 850 MHz‟e gitmemektedir. Tek yönlü tarama vardır.

Ayarlanabilir DC gerilim uyguladığımızda ise gözlemlediğimiz frekans

uyguladığımız gerilime oranla değişmektedir. Üçgen ve testeredişi işaretlerinde sınır olarak

aldığımız 2V-8V aralığının dışına çıkabildiğimiz bu uygulamada gördüğümüz frekans

spektrumu şekil 52‟deki gibidir. Potansiyometre ile gerilim değerini değiştirdiğimizde, en

küçük gerilim değerinde frekans değeri en küçük, en büyük gerilim değerinde frekans

değerinin en büyük olduğunu gördük. 4V‟ da 900MHz civarında olan frekans, 6V‟da

1000MHz civarında, 8V‟da ise 1100MHz ve 10V‟da yaklaşık 1200 MHz ölçtük.

Gördüğümüz gibi farklı işaret ve gerilim değerleri için JTOS farklı frekans

değerleri üretti. Yaygın bir uygulama olarak, JTOS çıkışına bir yükselteç bağlayarak

sistemimizi JAMMER olarak kullanabiliriz. Örneğin; üçgen veya testeredişi işaret

verdiğimizde elde ettiğimiz frekans taramalarını uygun şekilde yükselterek GSM 900

cihazlarının çalışmasını engelleyebiliriz.

45

12. KAYNAKLAR

[1] Tomasi Wayne, “Electronic Communication Sytstems”, Devry University Phoenix-

Arizona, Fifth Edition, Chapter 3, 2004.

[2] Young Paul H., “Electronic Communication Technique”, Tacan Corparation, Third

Edition, Chapter 2, 1994.

[3] Smith Jack R., “Modern Communication Circuits”, Professor of Electrical Engineering

University of Florida, Second Edition, Chapter 7-8, 1998.

[4] Saran Murat, “DC Devre Analizi-Osilatörler / Ders Notları” Çankaya Üniversitesi

Bilgisayar Mühendisliği Bölümü.

[5] Özbey Şerafettin, “Elektrik Devre Analizi”, 1.Baskı, Bölüm 4, Kasım-2009.

[6] Aydemir Timur, Nakiboğlu K. Cem, “Elektrik Devreleri”, Schaum‟s Outlines Series-

3.Baskıdan Çeviri, 5. Bölüm, Gazi Üniversitesi Mühendilik Fakültesi Elektrik-

Elektronik Mühendisliği Bölmü, Ankara-1999.

[7] http://eee.ktu.edu.tr/foyler/elektronik/elektronik2/Osilat%C3%B6rler.pdf

46

13. EKLER

Ek 1. JTOS Datasheet

47

48

Ek 2. Tam Devre ġeması

Güç Kaynağı

ĠĢaret Üreteci

JTOS

49

Ek 3.TL082 Datasheet

50

51

Ek 4. LM741 Datasheet

52