Bölüm 9 Çok Katlı Yükselteç Devreleri

9-2

Bölüm 9 Çok Katlı Yükselteç Devreleri

9.1 DENEYİN AMACI

(1) Çeşitli kuplaj tiplerine sahip yükselteçlerin çalışma prensiplerini anlamak.

(2) OTL yükselteç devresinin çalışma prensibini anlamak.

(3) OCL yükselteç devresinin çalışma prensibini anlamak.

(4) Yaygın şekilde kullanılan ses yükselteç tümdevrelerini anlamak.

9.2 GENEL BİLGİLER

9.2.1 Yeni Terimler:

(1) OTL Yükselteç: (Output Transformer Less AMP), Çıkış ucunda çıkış

transformatörü bulunmayan yükselteç.

(2) OCL Yükselteç: (Output Capacitor Less AMP), Çıkış ucunda çıkış

kondansatörü bulunmayan yükselteç.

(3) Frekans tepkisi: Bir yükseltecin, farklı frekans bölgelerinde yükseltme

yapabilme yeteneğini ifade eder. Yükselteçlerin

genellikle yüksek ve alçak frekanslardaki yükseltme

yetenekleri zayıftır.

(4) Isıl döngü zararı: Yarıiletken transistörün iletim akımı, sıcaklık artışıyla

birlikte artacaktır. Bununla birlikte, akımın artışı da

sıcaklığın artmasına neden olacak ve böylece bir

sıcaklık-akım döngüsü ortaya çıkacaktır. Sonuç olarakta

transistör zarar görecektir.

9-3

(5) Verim: Yükselteç tarafından dönüştürülen AC gücün, bu yükselteç

tarafından harcanan DC güce oranıdır.

% ή

100%

Daha yüksek verimli yükselteç, daha çok enerji tasarruf eder.

9.2.2 Temel Prensip:

Yükselteçlerde üç tür kuplaj (bağlantı) yaygın olarak kullanılır:

1. RC bağlantı.

2. Transformatör bağlantı.

3. Doğrudan bağlantı.

(1) RC bağlantı

1) Şekil 9.1(a), iki katlı RC kuplajlı yükselteç devresini göstermektedir.

Birinci katın yükü Rc1 direncidir ve Cc kondansatörü, birinci katın

çıkış sinyalini, ikinci kata bağlamak için kullanılmaktadır.

2) Cc Kuplaj Kondansatörünün İşlevi: Cc, DC gerilim için açık devre gibi

davranır ve DC bileşenler engellenmiş olur. (XC = 1/(2πfC ve ≅ 0

olduğu için XC sonsuza yaklaşır). Diğer yandan Cc, AC işaret için kısa

devre gibi davranır, çünkü AC için f daha büyük ve buna uygun olarak

XC daha küçüktür. Cc kondansatörünün değeri genellikle 2 ~ 50 μF

aralığındadır. DC bileşenler bu kondansatörler tarafından yalıtıldığı

için, öngerilim devreleri birbirlerinden bağımsız olurlar.

3) Avantajları:

Bu kuplaj türü basit ve ucuz olup, küçük hacimli devre elde etmeye

elverişlidir ve en yaygın kullanılan kuplajlama yöntemidir.

Bu kuplaj türünün frekans tepkisi mükemmeldir.

Bu kuplaj türünde gürültü ve manyetik indüksiyonun sebep olduğu

vınlama daha düşüktür.

Dezavantajları:

Düşük frekans bölgesindeki kuvvetlendirme, kuplaj kondansatörü

tarafından sınırlanır (Xc = 1/(2πfC olduğu için, düşük frekansta çok

büyük XC, işaretin önemli derecede zayıflamasına yol açar).

Yük direnci büyük miktarda DC güç tüketeceğinden, bu kuplaj türü

yalnızca düşük-güçte kuvvetlendirme yada gerilim kuvvetlendirme

için uygundur.

Bu kuplaj türünde verim düşüktür, çünkü biribirini takip eden

katlardaki transistör empedanslarını eşleştirmek kolay değildir.

9-4

(2) Transformatör bağlantı

Şekil 9.3'te gösterildiği gibi transformatör, iki katın DC öngerilimlerini

yalıtmak için kullanılırken, aynı zamanda sinyal aktarıcı ve empedans

uydurucu olarak da görev yapar.

1) Transformatörün temel karakteristikleri Şekil 1.de gösterilmiştir.

Sarım sayısı gerilimle doğru orantılıdır:

V1 / V2 = N1 / N2

Sarım sayısı akımla ters orantılıdır:

I2 / I1 = N1 / N2

Empedans oranı, sarım sayıları oranının karesine eşittir.

Z1 / Z2 = (N1 / N2)2

Şekil 1

2) Avantajları:

Bu kuplaj türünde empedansları denkleştirmek kolaydır ve gerilim

artırıcı veya gerilim düşürücü olarakta görev yapabilir.

Bu kuplaj türü, yüksek verim ve yüksek güç özelliklerine sahiptir.

Bu kuplaj türünde, ardışık iki katın DC gerilim etkileşimlerini ortadan

kaldırmak kolaydır.

Dezavantajları:

Çıkış transformatörü kullanıldığı için, RC kuplajlı yükseltece göre

daha fazla yer kaplar.

Çıkış transformatörünün endüktif bir eleman olması ve bobinler

arasında kondansatör bulunması nedeniyle frekans tepkisi zayıftır.

RC kuplajlı yükseltece göre daha pahalıdır.

(3) Doğrudan bağlantı

Şekil 9.2’de gösterildiği gibi, önde gelen katın çıkışı, bir sonraki katın

girişine doğrudan bağlanmıştır.

1) Doğrudan kuplaj yöntemi aşağıdaki iki prensibe uymak durumundadır:

DC öngerilimleme uyumlu olmalıdır.

Birbirini takip eden iki katın akım yönleri uyumlu olmalıdır.

9-5

Giriş sinyal dönüştürücü

Çıkış sinyal dönüştürücü

Büyük sinyal

yükselteci

Küçük sinyal

yükselteci

GİRİŞ ÇIKIŞ

2) Güç kaynağının gerilimi kararlı olmalıdır. Silisyum transistörler, düşük

sızıntı akımı ve yüksek kararlılık özelliklerine sahip olduğu için,

silisyum transistörler kullanmak daha uygundur. Aksi takdirde ardışık

katlar arasında zincirleme tepkimeler meydana gelerek devre

bozulabilir.

3) Avantajları:

Kuplaj devresinin kayıplarını azaltabilir.

L ve C elemanlarının neden olduğu faz kaymasını azaltabilir.

Bu kuplaj türü, L (XL) ve C (XC)’nin etkisi olmadan, alt frekansı

neredeyse sıfır Hz’e kadar uzanan çok geniş bir frekans tepkisine

sahiptir. Bundan dolayı bu devre, DC’ye yakın çok düşük frekanslı

işaretleri kuvvetlendirmek için kullanılabilir.

Dezavantajları:

Yükselteçteki ardışık kat sayısı sınırlanmalıdır. Çünkü, sıcaklık

değişimine bağlı olarak, herhangi bir kattaki IB değişimi, devrenin

tamamında önemli ölçüde kararsızlığa neden olur.

Seçilen elemanların karakteristik değerleri, mümkün olduğunca

doğru olmalıdır. Aksi takdirde kolaylıkla gürültü ve güç zayıflaması

ortaya çıkar.

Yükselteç ve Kazanç

(1) Yükselteç sisteminin blok diyagramı

1)

Giriş sinyal dönüştürücü: fiziksel sinyali (ses....) elektriksel sinyale

çevirir.

Küçük-sinyal yükselteci: giriş sinyali için uygun doğrusal güç

yükseltmesi sağlar ve gerilim

kazancını artırır.

Büyük-sinyal yükselteci: çıkış aygıtlarını sürmek amacıyla, küçük

sinyal yükseltecin çıkışı için güç

kuvvetlendirmesi sağlar.

Çıkış sinyal dönüştürücü: büyük sinyal yükseltecinin çıkışındaki

sinyali, çıkış aygıtının empedansı ile

uyumlu hale getirir.

9-6

2) Büyük sinyal yükseltecine aynı zamanda güç yada akım yükselteci de

denir.Bu yükselteç ile ilgili değerlendirmeler çoğunlukla güç verimliliği,

maksimum güç kapasitesi ve çıkış empedans eşlemesi hakkındadır.

(2) Yükseltecin kazancı: Yükseltme faktörü, çıkış sinyalinin giriş sinyaline

oranıdır.

1) AV (gerilim kazancı): Çıkış geriliminin giriş gerilimine oranıdır.

AV=VO/Vİ

2) Ai (akım kazancı): Çıkış geriliminin giriş gerilimine oranıdır.

Ai=IO/Iİ

3) AP (güç kazancı): Çıkış geriliminin giriş gerilimine oranıdır.

İ İ

İ

(3) Desibel: Desibel, kulağın sese karşı hassasiyetini belirten logaritmik bir

ölçüdür ve dB ile gösterilir.

1) 0 dB : 600Ω’luk yük üzerinde tüketilen güç 1mW iken, uygulanan

gerilimin 0.77V olmasına karşılık gelir.

2) | | 10 İ⁄

3) | | 20 İ⁄

4) | İ| 20 İ⁄

5) dBm : 600Ω’luk direnç referans yük ve 1mW’lık güç referans seviye

olarak kullanıldığında hesaplanan dB değeri.

(4) Kaskat sistemin kazancı ve dB’i:

Şekil 2 Kaskat sistem

1) Kaskat sistemin toplam kazancı

(1) AVT=AV1AV2….. (4) ∣AVT∣dB=∣AV1∣dB + ∣AV2∣dB+…….

(2) AIT=AI1AI2……. (5) ∣AIT∣dB=∣AI1∣dB + ∣AI2∣dB+…….

(3) APT=AP1AP2…... (6) ∣APT∣dB=∣AP1∣dB + ∣AP2∣dB+…….

2) dB değerinin pozitif olması, devrenin kazanç yada yükseltme

sağladığı, negatif olması ise zayıflatıcı olarak çalıştığı anlamına gelir.

Örnek: log1=0, log2=0.3, log3=0.477, log10=1 1

2

⇒ | | 20 20

1

220 1 20 2

0 6 6

0.707 ⇒ 20 0.707 3

9-7

Yükseltecin Frekans Tepkisi

(1) Yükseltecin kazancı için, referans olarak orta frekans bölgesi

kullanılırken, düşük yada yüksek frekanslarda kazanç değeri düşer.

Düşük frekanslar, örneğin RC kuplajlı yükselteç için, kuplaj

kondansatöründen etkilenecektir (çünkü XC = 1/2πfC, f↑ Xc↓ ); yükseltme, giriş kondansatörü ve yüke paralel olan transistörün dağıtım

kondansatöründen etkilenir (f↑ Xc↓) ve kazanç azalır. Frekans tepkisi

Şekil 3.te örnek olarak gösterilmiştir.

Şekil 3

(2) Orta frekans bölgesindeki kazanç, 1 (0dB) olarak ayarlanırsa, AV’nin

0.707 olduğu (FL, FH) noktaları yarım güç noktaları olarak adlandırılır.

FL : alt 3-dB frekansı yada alt kesim frekansı olarak ifade edilir.

FH : üst 3-dB frekansı yada üst kesim frekansı olarak ifade edilir.

BW (Bant genişliği) : BW=FH – FL

Büyük Sinyal Yükselteci

(1) Yükseltecin çalışmasına bağlı olarak sınıflandırma ve bozulma

1) Öngerilimlemenin durumuna bağlı olarak güç yükselteçleri A Sınıfı,

AB Sınıfı, B Sınıfı ve C Sınıfı olarak sınıflandırılırlar. Ayrıca, sürme

kapasitesini arttırmak için push-pull yükselteçler tasarlanmıştır.

Aşağıda bu dört tip yükselteç için bir karşılaştırma verilmiştir:

9-8

A Sınıfı

Çalışma Noktasının Konumu

1. Öngerilimleme doğrusal bölgededir ve giriş işareti

salınımı da aynı zamanda doğrusal bölgede yer alır.

2. Çalışma noktası yük doğrusunun orta noktasıdır

(kollektör tüm periyot boyunca mevcuttur).

Avantajları

1. Yükseltme tek bir transistörle gerçekleştirilebilir.

2. En düşük gürültü seviyesine sahiptir.

Dezavantajları

1. Verim en düşüktür (%25).

2. Harmonik bozulmayı engelleyemez.

3. Sükunet noktasında çok fazla güç tüketir.

4. Büyük güç yükseltmesi için elverişli değildir.

Uygulama Alanı

Düşük güçler için yükseltme

9-9

B sınıfı


1. Doğrusal bölgeyle kesim bölgesinin kesişimindedir ve

giriş işareti salınımının bir yarısı doğrusal bölgede

diğer yarısı kesim bölgesindedir.

2. Çalışma noktası kesim noktasındadır (çıkış kolektör

akımı pozitif çevrimde mevcuttur).

Avantajları

1. Harmonik bozulma engellenebilir.

2. Büyük güç yükseltmesi gerçekleştirilebilir.

3. Verim daha yüksektir (%78.5).

4. Sükunet noktasında güç tüketimi yoktur.

Dezavantajları

1. Kuvvetlendirme sadece tamamlayıcı konfigürasyonla

elde edilebilir.

2. Geçiş bozulması mevcuttur.

Uygulama Alanı

Büyük güçler için yükseltme

9-10

AB Sınıfı


Çalışma noktası yük doğrusuyla kesim noktası

arasındadır.

Avantajları

Push-pull yükseltme için B Sınıfının yerine kullanılabilir

ve geçiş bozulması problemini ortadan kaldırır.

Dezavantajları

1. Verim B Sınıfına göre biraz düşüktür (%70).

2. Sükunet noktasında küçük bir akım meydana gelir.

Uygulama Alanı

Büyük güçler için yükseltme

C sınıfı


Çalışma noktası, kesim noktasının altındadır.

Avantajları

En yüksek verime sahiptir (%78.5’dan fazla)

Dezavantajları

Bozulma en yüksek mertebededir.

Uygulama Alanı

LC salınım vericisi, Harmonik üreteci.

2) Bozulmaların sınıflandırılması:

Bozulmalar, doğrusal olmayan bozulma, frekans bozulması ve

gecikme (faz) bozulması olarak sınıflandırılabilir.

Doğrusal olmayan bozulma (genlik bozulması):

Çalışma noktası doğrusal bölgede yer almaz ve bunun sonucunda

çıkış, asıl işaretin yanında harmonik bileşenlerini de içerir. Örneğin

1KHz’lik asıl işaret, 2KHz ve 3KHz’lik harmonik işaretler üretebilir.

Şekil 4(a)(b)’de gösterilen bu bozulmaya harmonik bozulma da

denir.

(a) Normal dalga şekli (b) Harmonik bileşenlere sahip dalga şekli

Şekil 4

ikinci-derece

üçüncü-derece

9-11

Frekans bozulması:

Yükseltecin farklı frekanslara karşılık, farklı yükseltme katsayılarına

sahip olması durumunda ortaya çıkar.

Gecikme bozulması (faz bozulması):

Yükseltecin farklı frekanslara karşılık, farklı faz kaymalarına sahip

olması durumunda ortaya çıkar.

(2) Push-pull Yükselteç

Yükselteç devresinde daha yüksek çıkış gücü gerekliyse, genellikle çıkış

katında push-pull yükselteç olarak birlikte çalışmak üzere iki adet

tranzistör kullanılır. Push-pull yükselteçler, tek-uçlu push-pull yükselteç

ve çift uçlu push-pull yükselteç olarak ikiye ayrılırlar.

1) Çift-uçlu push-pull yükselteç

Şekil 5’te gösterildiği gibi temel push-pull yükselteç devresi, giriş

transformatörü, çıkış transformatörü ve iki adet tranzistörden

meydana gelmiştir. Giriş transformatörü, Şekil 6’da gösterildiği gibi,

giriş işaretini eşit büyüklükte fakat ters fazda iki işarete bölen bir faz

bölücü olarak görev yapmaktadır.

(a) Giriş işaretinin pozitif alternansındaki çalışma durumu

(b) Giriş işaretinin negatif alternansındaki çalışma durumu

Şekil 5 Temel çift-uçlu push-pull yükselteç devresi

9-12

Şekil 6

kollektör akımı kollektör akımı

Ic1 ve Ic2’nin bileşik akımı

kollektör gerilimi

kollektör gerilimi

Şekil 7-4-7 Çıkış gerilimi ve çıkış akımı dalga şekilleri

9-13

Şekil 5(a)’da gösterildiği gibi, giriş işaretinin pozitif alternansı, push-

pull yükseltecinin Q1 transistörü tarafından yükseltilir. Şekil 5(b)’de

gösterildiği gibi, giriş işaretinin negatif alternansı ise, push-pull

yükseltecinin Q2 transistörü tarafından kuvvetlendirilir. Q1’in IC1 akımı

ve Q2’nin IC2 akımı çıkış transformatörü tarafından birleştirilir. Giriş

sinyalinin iki alternansının, sırasıyla Q1 ve Q2 tarafından

yükseltilmesine karşın, yükü besleyen sinyal hala Vin ile orantılı olan

AC sinyalin tamamıdır. Şekil 7’de, push-pull yükseltecin çıkış akım ve

gerilim dalga şekilleri gösterilmiştir. Transistörün geçiş eğrisi ise Şekil

8(a)’da gösterilmiştir. Transistöre öngerilim uygulanmazsa veya

uygulanan öngerilim Ic≈0 olacak kadar küçükse transistör, geçiş

eğrisinin eğrilik bölgesinde çalışır. Şekil 5’te gösterilen çift uçlu push-

pull yükseltecin, Q1 ve Q2 transistörlerine öngerilim uygulanmadığı

durumda, bileşik geçiş eğrisi Şekil 8(b)’de gösterildiği gibi olur. Giriş

sinyali uygulandığında, çıkış dalga şeklinin pozitif ve negatif

çevrimlerinin kesişiminde, geçiş bozulması adı verilen bozulma

meydana gelir. Geçiş bozulmasını engellemek için, Q1 ve Q2

transistörlerine, Şekil 9’da gösterildiği gibi, bu transistörler geçiş

eğrisinin doğrusala yakın bölgesinde çalışacak şekilde, uygun

öngerilim uygulanmalıdır.

(a) Transistörün geçiş eğrisi (b) Q1 ve Q2’yi push-pull olarak

kullanan bileşik geçiş eğrisi

9-14

(c) Vin'e karşılık gelen IC akımında ortaya çıkan geçiş bozulması

Şekil 8 B sınıfı push-pull yükseltecinde meydana gelen geçiş bozulması

(a) Q1 ve Q2’yi push-pull olarak kullanan bileşik geçiş eğrisi

9-15

(b) Vi ‘ye karşılık gelen IC akımında geçiş bozulması meydana gelmemiştir

(Şekildeki Q çalışma noktasıdır)

Şekil 9 AB Sınıfı push-pull yükseltecin çalışması

(a) R2’nin gerilimiyle öngerilimleme (b) Diyot ile sağlanan öngerilimleme

(bazen TH dahil edilir)

Şekil 10 Push-pull yükselteç

9-16

Çift-uçlu push-pull yükselteç için öngerilim düzenlemesi

Transistör için yaygın olarak kullanılan iki farklı öngerilimleme

yöntemi Şekil 10’da gösterilmiştir. Şekil 10(a)’daki devre, transistöre

öngerilim sağlamak için, R2 direnci üzerinde düşen gerilimden

yararlanır. Sıcaklık kompanzasyonu için, negatif sıcaklık katsayılı

bir termistör, R2 direnci ile paralel olarak bağlanmıştır. Q1 ve Q2’nin

sıcaklığı artarsa, sıcaklıkla birlikte Ic akımı da artar ve bu durum

çalışma noktasının kaymasına neden olur. Bu durumda termistörün

direnç değeri azalacağı için, Q1 ve Q2’nin ileri öngerilimi azalır ve

transistörün sükunet akımı sıcaklıkla birlikte artmamış olur. Şekil

10(b)’de gösterilen devre, transistöre öngerilim sağlamak için diyot

üzerindeki gerilim düşümünden yararlanır. PN jonksiyon diyodu ile

BE’leri PN jonksiyonundan oluşan Q1 ve Q2 transistörleri

arasındaki benzerlik sebebiyle, sıcaklık arttığı zaman, VD, VBE ve VC

gerilimleri azalır ve böylece IC akımı artmaz. Re üzerindeki akım

negatif geri beslemesi, sıcaklık artışı ve buna bağlı IC artışının

neden olduğu “ısıl döngüden”, transistörün hasar görmesini

engeller. (I ↑ sıcaklık ↑ I↑ sıcaklık ↑).

Çift-uçlu push-pull yükseltecin avantajları ve dezavantajları

Çift-uçlu push-pull yükselteçte iki adet transformatör kullanıldığı için

frekans tepkisi kötüdür, bozulma fazladır, hacmi büyük ve ağırlığı

fazladır. Bununla birlikte, daha küçük VCC güç kaynağı ile yüksek

güçte çıkış elde etmek kolaydır. Bu yüzden çift-uçlu push-pull

yükselteçler seyyar megafonlarda yaygın şekilde kullanılır.

2) Tek-uçlu push-pull yükselteç

Çift-uçlu push-pull yükselteçte transformatör kullanılması zayıf frekans

tepkisine neden olur. Çift-uçlu push-pull yükseltecin dezavantajlarını

düzeltmek amacıyla, tek-uçlu push-pull yükselteç tasarlanmıştır. Tek-

uçlu push-pull yükselteçler iki sınıfa ayrılır:

OTL yükselteç: OTL (Output Transformer Less) yükselteç, çıkış

transformatörü bulunmayan bir yükselteçtir.

Bununla birlikte, çıkış ucuyla yük arasına seri

olarak 1000 μF’lık bir kondansatör bağlanır.

OCL yükselteç: OCL (Output Capacitor Less) yükselteç, devreden

çıkış kondansatörünü de kaldırır ve çıkışında

kondansatör bulunmayan bir yükselteçtir. Çıkış ucu

doğrudan yüke bağlanır.

9-17

OTL devresi, aşağıdaki maddeler dışında OCL devresi ile benzerdir.

OTL sadece bir güç kaynağı kullanırken, OCL, eşit genlikli negatif

ve pozitif güç kaynakları kullanır. OTL’nin merkez-noktası gerilimi

VCC/2 iken, OCL’ninki 0V’tur.

OTL’de, çıkış transformatörü kaldırılmış olmasına rağmen, çıkış

kondansatörü halen bulunmaktadır.

OCL’de ise çıkış kondansatörü de kaldırılmıştır.

OTL’nin giriş katında genellikle CE yükselteç kullanılırken, OCL’nin

giriş katında fark yükselteci kullanılır.

OTL ve OCL devrelerinin benzerliği nedeniyle, burada sadece OTL

devresi ele alınmıştır.

OTL devreler de ayrıca iki guruba ayrılırlar:

Faz bölücü olarak transformatör kullanan OTL yükselteci

Tamamlayıcı simetrik OTL

Bunlardan en yaygın kullanılanı, tamamlayıcı simetrik OTL’dir ve bu

devre aşağıda açıklanmıştır.

NPN ve PNP transistörler birbirlerinin tümleyeni olarak karakterize

edildikleri için (NPN transistör bazına pozitif gerilim uygulandığında,

PNP transistör ise bazına negatif gerilim uygulandığında iletime

geçer), giriş işaretinin pozitif ve negatif alternansları, giriş

transformatörlü faz bölücüsü yerine, aynı karakteristikteki bir NPN ve

PNP transistör çifti ile bölünebilir.

Şekil 11’de, tamamlayıcı simetrik tek-uçlu push-pull yükseltecin temel

devresi gösterilmiştir.

Giriş işareti uygulanmadığında, Q1 ve Q2’nin ikisi de kesimdedir ve

yük üzerinden akım akmaz.

Giriş işaretinin pozitif alternansında, Q1 ileri öngerilimlenir ve

iletimdedir, Şekil 11 (a)’da gösterilen akım yolu üzerinden yüke

pozitif alternans uygulanır. Bu durumda Q2 tranzistörü kesimdedir.

Giriş işaretinin negatif alternansında, Q2 ileri öngerilimlenir ve

iletimdedir, Şekil 11 (b)’de gösterilen akım yolu üzerinden yüke

negatif alternans uygulanır. Bu durumda Q1 transistörü kesimdedir.

Şekil 10’da, Q1 yada Q2’ye öngerilim uygulanmadığı için, B sınıfı

yükselteç olarak çalışır ve Şekil 8’de gösterildiği gibi geçiş

bozulması ortaya çıkar.

Bu temel devrenin çıkış ucu doğrudan yüke bağlandığı için ve çift

güç kaynağı kullanıldığı için, bu devre bir OCL devresidir.

9-18

(a) Giriş işaretinin pozitif alternansında Q1 iletimde, Q2 kesimdedir

ve yüke pozitif alternans uygulanmaktadır.

(b) Giriş işaretinin negatif alternansında Q2 iletimde, Q1 kesimdedir

ve yüke negatif alternans uygulanmaktadır.

Şekil 11 Temel OCL devresi

Şekil 12 Temel OTL devresi

9-19

Şekil 11’deki devre, küçük bir değişiklikle, sadece bir güç kaynağı

gerektiren ancak çıkış ucu ile yük arasına bağlanmak üzere büyük bir

kondansatöre ihtiyaç duyan Şekil 12’deki devreye dönüştürülebilir. Bu

devre, AC çıkışın yüke uygulanabilmesi için, kondansatörün dolma ve

boşalma karakteristiklerinden faydalanan temel bir tamamlayıcı OTL

devresidir. Geçiş bozulmasını engellemek için, Şekil 13’de gösterildiği

gibi, pratik devrelerde transistöre yeterli Vbe gerilimi uygulanır.

Aşağıda Şekil 13’teki devrenin çalışması anlatılmıştır:

Giriş işareti uygulanmadan önce, Q1 ve Q2 simetrik ve eşit

öngerilimli olduğu için, her iki transistör de iletimdedir ve merkez-

nokta gerilimi = VCC/2’dir.

Giriş işaretinin pozitif alternansında, Q1, Şekil 13(b)’de gösterilen,

Co kondansatörünün dolduğu akım yolu üzerinden iletimdedir ve

yüke pozitif alternans uygulanır.

Giriş işaretinin negatif alternansında, Q2, Şekil 13(c)’de gösterilen,

Co kondansatörünün boşaldığı akım yolu üzerinden iletimdedir ve

yüke negatif alternans uygulanır.

3) Sürücü katı

Çıkış, Şekil 13’te gösterildiği gibi, Q1 ve Q2’nin emetöründen alındığı

için, devre emetör izleyici olarak çalışır ve daha yüksek akım kazancı

ve daha düşük gerilim kazancı sağlar. Gerilim kazancını arttırmak için,

Şekil 14’te gösterildiği gibi, Q1 ve Q2’den önce bir CE yükselteç

kullanılır. Şekil 14’te gösterilen Q3’ün çıkış gerilimi, Q1 ve Q2’yi

sürmek için kullanıldığından, Q3’ün bulunduğu devre sürücü kat

olarak adlandırılır.

Şekil 14’te gösterilen Q1 ve Q2 için gerekli öngerilimi sağlamak üzere,

Şekil 15’te gösterilen devrelerden biri, “öngerilim devresi” olarak

kullanılır. Burada değişken direnç, sükunet akımını kontrol etmek

amacıyla, öngerilimi ayarlamak için kullanılır.

(a) Vin = 0 iken, her bir noktadaki gerilim.

merkez-nokta gerilimi

9-20

(b) Giriş işaretinin pozitif alternansında, Q1 iletimdedir, Co dolar

ve yüke pozitif alternans uygulanır.

(c) Giriş işaretinin negatif alternansında Q2 iletimdedir, Co boşalır

ve yüke negatif alternans uygulanır

Şekil 13 OTL yükseltecin sürücü kat analizi

Şekil 14 Tamamlayıcı simetrik düşük-güç yükselteci

Co dolar

giriş sinyalinin pozitif alternansı

giriş sinyalinin pozitif alternansı

Co boşalır

Gerilim yükselir

Gerilim düşer

Gerilim yükselir

Gerilimdüşer

9-21

(a) (b) (c) (d)

Şekil 15 Öngerilim Devreleri

4) Yüksek güçlü çıkış katı

Daha yüksek güç elde etmek için, gerilim kazancının yanında akım

kazancı da arttırılmalıdır. Çünkü Po = Io2R denklemine göre, daha

yüksek Io daha yüksek Po’a neden olacaktır. Akım kazancını arttırmak

için, çıkış katı Darlington düzenlemesi ile değiştirilmelidir. Şekil 16’da,

Q4 ve Q5’in aynı karakteristiklere sahip PNP ve NPN güç

transistörleri olduğu, tam-simetrik OTL yükselteci gösterilmiştir. Re

direnci, negatif akım geribeslemesi sağlayarak, güç transistörlerinin

akım-sıcaklık artış çevriminden dolayı yanmasını engeller. (Örneğin,

Vbe = Vb – Ve = Vb – Ie × Re ≈ Vb – Ic × Re ; Sıcaklığın artmasıyla IC

akımı artar ve buna bağlı olarak Vbe ve dolayısıyla Ib ve Ic azalır,

böylece sıcaklık artmaz). Transistördeki artış nedeniyle, Vbe1 + Vbe4 +

Vre4 + Vre5 + Vbe5 + Vbe2 öngerilimi, Vbe = 0.6V kabul edilirse, minimum

2.4V olacaktır. Bu yüzden öngerilim devresi, Şekil 17’de gösterilen,

öngerilimleme işlevinin yanında sıcaklık kompanzasyonu da sağlayan

devre ile değiştirilir.

9-22

sürücü katı | çıkış katı güç transistörü

Şekil 16 Tam olarak-tamamlayıcı OTL yükselteç

(a) (b) (c) (d)

Şekil 17 Yüksek güçlü çıkış için öngerilim devresi

5) DC geri besleme

Şekil 9.5’te gösterildiği gibi, DC negatif geri besleme oluşturmak için,

OTL yükseltecin geri besleme direnci VR100K (R6), orta noktaya

bağlanmıştır. Eğer merkez-nokta gerilimini kayarsa, bu durum orta-

noktaya iletilir ve orta-nokta gerilimi otomatik olarak VCC/2 olarak

düzeltilir. Örneğin, Şekil 9-5’teki OTP yükseltecin, orta-nokta gerilimi

artarsa, Vc1 ↑ Vb2 ↑ Vc2 ↓ Vb4 ↓ Ve4 ↓ ve orta-nokta gerilimi azalır.

güç transistörü

9-23

6) AC negatif geri besleme

Şekil 9-5’teki C2 ve R5, AC negatif geri besleme devresini oluşturur.

Bu devre, yükseltecin çok büyük yükseltme katsayısından dolayı,

kolaylıkla salınım üretebileceği için, devreye, yükseltme katsayısını

düşürmek için negatif geri besleme devresi dahil edilmiştir. C2, DC

bileşenleri izole edip AC bileşenleri geçireceği için, DC negatif geri

besleme, R6 ve R5 değerlerine bağlı olan AC negatif geri beslemenin

oranı olmaktadır.

7) Maksimum çıkış gücü

OTL yükseltecin maksimum çıkış gerilimi VCC’yi aşmaz. Bu nedenle;

21

√28 8

Gerçekte gerilim düşüşü tranzistörün C ile E kutupları arasında

olacağı için maksimum çıkış gücü teorik değerden düşük olacaktır.

9.3 KULLANILACAK ELEMANLAR

(1) KL-200 Lineer Devre Deney Düzeneği

(2) Deney Modülü: KL-23005

(3) Ölçü Aletleri: 1. Osiloskop

2. Multimetre

3. İşaret üreteci

(4) Araç: Temel el araçları.

(5) Malzemeler: KL-23005 (a,b,c)’de gösterildiği gibi.

9.4 DENEYLER

(9-1) JFET CS yükselteç (kendinden öngerilimli)

9-1-1

9-1-1-1 Deneyin Yapılışı:

(1) KL-23005 modülünü, KL-200 Lineer Devre Deney Düzeneğine yerleştirin

ve a bloğunun konumunu belirleyin.

(2) Şekil 9.1(a)’daki devre ve 23005-blok a bağlantı diyagramı yardımıyla

kısa-devre klipslerini yerleştirin.

9-24

(3) Hem Q1 kollektör gerilimi VC1, hem de Q2 kollektör gerilimi VC2, VCC/2

olacak şekilde VR3 ve VR4'ü ayarlayın.

(4) IN giriş ucuna işaret üreteci ve osiloskop, çıkış ucuna da osiloskop

bağlayın.

(5) İşaret üretecini 1KHz’lik sinüzoidal sinyal üretecek şekilde ayarlayın.

Osiloskopta maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli görüntülenecek

şekilde işaret üretecininin genliğini arttırın.

(6) Osiloskop kullanarak VB1, VC1, VB2 ve VOUT1 dalga şekillerini ölçün ve

kaydedin.

(7) C3(47μF)’ü devreden çıkarın ve Adım (5) ve (6)’yı tekrarlayın.

(8) VR4(1MΩ)’ü rasgele değiştirerek VB1, VC1, VB2 ve VOUT1 dalga şekillerinin

değişip değişmediğini gözlemleyin.

9-1-1-2 Deney Sonucu:

Deney sonuçlarını Tablo 9-1’e kaydedin, Tablodaki C3’ün bağlı olduğu

durumdaki sonuçları kullanarak aşağıdaki değerleri hesaplayın.

AV1 = Vo1 / Vi1 = VC1 / VB1 = _________.

AV2 = Vo2 / Vi2 = VOUT1 / VB2 = _________.

AV = Av1 x Av2= VOUT1 / VB1 = ________.

Avs = VOUT1 / VIN = ________.

Teorik ve gerçek değerleri karşılaştırın.

9-25

V

t VIN

V

t VIN

V

t VB1 (Vi1)

V

t VB1

(Vi1)

V

t VC1

(Vo1)

V

t VC1

(Vo1)

V

t VB2 (Vi2)

V

t VB2

(Vi2)

V

t VOUT1

V

t VOUT1

C3 bağlı C3 bağlı değil

Dalga şekli Vpp Dalga şekli Vpp

Tablo 9-1

Şekil 9.1 (a) RC bağlantılı yükselteç

9-26

Şekil 23005-blok a

(9-2) Doğrudan bağlantı

9-2-1


(1) Şekil 9.2(a)’daki devre ve 23005-blok a.2 bağlantı diyagramı yardımıyla

kısa-devre klipslerini yerleştirin (Deşarj olması için C3’ü kısa devre edin).

(2) Q1 kollektör gerilimi VC1=VCC/2 olacak şekilde VR4(1MΩ)'ü ayarlayın.

Multimetre kullanarak (DC kademede) VBE1 ve VBE2’yi ölçün ve kaydedin.

(3) IN giriş ucuna işaret üreteci ve osiloskop, OUT1 çıkış ucuna da

osiloskop bağlayın.

(4) İşaret üretecini 1KHz’lik sinüzoidal sinyal üretecek şekilde ayarlayın.



(5) Osiloskop kullanarak VB1, VC1, VB2 ve VC2 (VOUT1) dalga şekillerini ölçün

ve kaydedin.

(6) C3(47μF)’ü devreden çıkarın ve Adım (5)’i tekrarlayın.

9-27

V

t VIN

V

t VIN

V

t VB1 (Vi1)

V

t VB1

(Vi1)

V

t VC1

(VB2)

V

t VC1

(VB2)

V

t VOUT1

V

t VOUT1

(7) C3(47μF)’ü yeniden bağlayın ve VR4(1MΩ)’ü rasgele değiştirerek VB1,

VC1, VB2 ve VC2 (VOUT1) dalga şekillerinin değişip değişmediğini

gözlemleyin.

(8) VR4(1MΩ)’ü normal konumuna ayarlayın ve giriş sinyalinin frekansını

0Hz~20KHz arasında ayarlayın. IN ve OUT uçlarındaki dalga şekillerini

gözlemleyin ve VOUT ile f arasındaki ilişkiyi kaydedin.


Deney sonuçlarını Tablo 9-2(a) (b)’ye kaydedin.

C3 bağlı C3 bağlı değil

Dalga şekli Vpp Dalga şekli Vpp

Tablo 9-2(a)

9-28

Tablo 9-2(a)’daki C3’ün bağlı olduğu durumdaki sonuçları kullanarak

aşağıdaki değerleri hesaplayın.

AV1 = Vo1 / Vi1 = VC1 / VB1 = _________.

AV2 = Vo2 / Vi2 = VOUT1 / VB2 = _________.

AV = VOUT1 / Vi1 = ________.

Avs = VOUT1 / VIN = ________.

Teorik ve gerçek değerleri karşılaştırın.

AVO : VO’ın maksimum olduğu AV değeri

Frekans tepkesi eğrisi

Tablo 9-2(b)

Şekil 9.2(b)

9-29

Şekil 23005-blok a.2

(9-3) Transformatör bağlantılı devre

9-3-1


(1) Şekil 9.3’teki devre ve 23005-blok b bağlantı diyagramı yardımıyla kısa-

devre klipslerini yerleştirin. +12V güç kaynağını bağlayın.

(2) Giriş ucuna işaret üreteci ve osiloskop bağlayın. Çıkış ucuna 8Ω’luk

direnç (yapay yük sette zaten bağlıdır ve bağlanmasına gerek yoktur) ve


(3) İşaret üretecini 500Hz’lik sinüzoidal sinyal üretecek şekilde ayarlayın.



(4) Giriş sinyalinin frekansını 0Hz~20KHz arasında ayarlayın. VIN ve VOUT

dalga şekillerini gözlemleyin ve VOUT ile f arasındaki ilişkiyi kaydedin.

(5) İşaret üretecini yada walkman kulaklık çıkışını tekrar giriş ucuna

bağlayın ve çıkış ucunda hala ses üretilip üretilmediğini gözlemleyin.

9-30

V

tVIN

V

tVOUT


Deney sonuçlarını Tablo 9-3 (b)’ye kaydedin ve çıkış gücünü hesaplayın.

Dalga şekli Vpp

Tablo 9-3(a)

Maksimum bozulmasız çıkış gücü = VOp-p2 / 8RL=_______

AVO : VO’ın maksimum olduğu AV değeri

Tablo 9-3(b)

9-31

Şekil 9.3

Şekil 23005-blok b

9-32

(9-4) Çift-uçlu push-pull yükselteç deneyi deneyi

9-4-1


(1) Şekil 9.4’teki devre ve 23005-blok c bağlantı diyagramı yardımıyla kısa-

devre klipslerini yerleştirin. +12V güç kaynağını bağlayın (OUT ucuna,

8Ω/1W’lık bir direnç bağlanmalıdır).

(2) Sükunet akımını ölçmek için ampermetre (A2) bağlayın (bu durumda A1

konumuna ampermetre yerine kısa devre klipsi yerleştirin). Eğer bu akım

>>20mA ise, Q6 ve Q7 push-pull transistörleri kolayca ısınır. Bu

durumda devreyi kontrol etmek için güç kaynağı kapatılmalıdır (VR1

bağlanmalıdır).

(3) Olası yanlış bağlantıları kontrol etmenin yanında, güç kaynağı bağlıyken,

voltmetre kullanılarak her bir transistörün VBE ve VCE gerilimleri

ölçülmelidir. Aşağıdaki analiz yardımıyla, VBE ve VCE’ye göre her bir

transistörün durumu değerlendirilmelidir:

1. VBE >0.7V Transistörün B-E arası açık devredir.

2. VBE ≤0.2V VCE =0V Transistörün C-E arası kısa devredir.

3. VBE ≈0.6V VCE ≈0.2V Transistör doyumdadır.

(4) Eğer 1 yada 2 durumu sözkonusuysa transistör değiştirilmelidir. 3

durumu sözkonusuysa, Şekil 9.4’te gösterildiği gibi, VR1 (VR1KΩ)

ayarlanarak VBE (IB) ayarlanmalıdır.

(5) Ampermetreyi A1 konumuna bağlayın ve VC1=VCC/2 olacak şekilde R15

(SVR 20KΩ)’i ayarlayın. Ampermetredeki değişimi gözlemleyin.

(6) A2 ampermetresinin gösterdiği değer yaklaşık 10mA olacak şekilde VR1

(VR10KΩ)’i ayarlayın.

(7) Giriş ucuna işaret üreteci ve osiloskop bağlayın. Çıkış ucuna da


(8) İşaret üretecini 500Hz’lik sinüzoidal sinyal üretecek şekilde ayarlayın.



(9) Osiloskop kullanarak, sırasıyla VB5 , VC5 ve VB6 dalga şekillerini ölçün.

9-33

(10) VR1 (VR1KΩ)’i 0Ω’a ayarlayın ve VOUT dalga şeklinde geçiş bozulması

oluşup oluşmadığını gözlemleyin.

(11) TP8,TP9’u hoparlöre bağlayın ve bu yükseltecin giriş ucuna bağlı olan

işaret üreteci çıkışını rastgele ayarlayın. Yüksek frekanslı yada büyük

genlikli sinyal uygulandığında, ses yüksekliğinin değişip değişmediğini

ve Q6,Q7 transistörlerinin aşırı ısınıp ısınmadığını gözlemleyin.

(12) İşaret üreteci kaldırılıp, yükseltecin giriş ucuna parmak ile

dokunulduğunda, hoparlörde bir vınlama üretilir (Parmakla dokunulunca

giriş ucunda gürültü endüklenir).

(13) Walkman kulakluk çıkışını, bu yükseltecin giriş ucuna bağlayın ve

müzik dinleyin.


Deney sonuçlarını Tablo 9-4’e kaydedin ve maksimum bozulmasız çıkış

gücünü hesaplayın.

Statik test

Sükunet akımı (A2) VBE5 VC5 VBE6 VBE7

9-34

Dinamik test

8_____________ , 8Ω

9-35

Şekil 9.4

Şekil 23005-blok c.5

Documents

Bölüm 9 Çok Katlı Yükselteç Devreleri