Op-amp’ların kullanım alanları: SES filitreleri

• İŞİTİLEBİLİR FREKANSLAR

• İnsan kulağının işitebildiği frekanslar :16 Hz – 16 kHz 20 Hz – 20 kHz

• Yaşlanma ile görülen işitme kaybı (işitme eşiği kayması) :– 30 yaşında : 1-2 dB– 65 yaşında : 500-1000 Hz frekans bantlarında 10-15 dB

2-4 Hz frekans bantlarında 20-45 dB

SESİN BİLEŞENLERİ• SES BASINCI : ORTAM BASINCININ DEĞİŞME MİKTARI

• GENLİK : BASINÇ DEĞİŞİMİNİN EN BÜYÜK DEĞERİ

• PERİYOT (T) : BİR BASINÇ DEĞİŞİM DEVRİ İÇİN GEÇEN ZAMAN

• FREKANS (f) : BİRİM ZAMANDAKİ BASINÇ DEĞİŞİM DEVRİ SAYISI

Tf 1

Ses Basıncı Nedir ?Ses basıncı, belirli bir kaynakta üretilen ses spektrumunun, ses gücünün, kaynağın yerinin tam olarak belirli olduğu bir ortamda, belirli bir uzaklıkta ve belirli bir sönümleme zamanı sonrası duyulan halidir.

Diğer bir ifade ile, ses basıncı ses güç değerinin duyulan halidir. Örneğin, bir cihazın belirli bir frekanstaki ses güç seviyesi 50 dB(A) iken, aynı frekanstaki ses basınç seviyesi,yukarıdaki parametrelere bağlı olarak, 40 dB(A) olabilir, ki bu değer duyarlı olunan ses şiddetidir. Parametreleri değiştirerek (uzaklığı arttırmak, sönümlemeyi arttırmak, vb.) ses basıncı seviyesini 30 dB(A) ya da herhangi başka bir şiddette duymak da mümkündür.

SES BASINCI DÜZEYİ (dB)

ORTAM SES BASINCI DÜZEYİ (dB)Jet Motoru Yakınında 140

Çelik Perçin Makinesi (5 m uzakta) 100

Gürültülü Fabrika 90

Metroda (pencereler açıkken) 80

Ortalama Bir Fabrika 70

Yüksek Sesle Konuşulan Kapalı Mekanlar 60

Ortalama Bir Ofis 50

Şehir Gürültüsünden Uzak Evlerin Oturma Odaları 40

Sessiz Özel Ofisler 30

Ses Yalıtımı Yapılmış Özel Mekanlar (stüdyolar) 20

• DESİBEL (dB) : Bir oranı ya da göreli bir değeri gösterir ölçülecek büyüklüğün bilinen bir referans değerine oranının logaritmasının 10 katıdır.

• DÜZEY : Desibel (dB) ile ölçtüğümüz büyüklüklere denir.

• W0= referans büyüklük• W= ölçülecek büyüklük

dBWWLW

0

log10

Desibel (dB) Ses seviyesini ölçmek için kullanılan birimdir. Ancak, desibel (dB) i bir ses birimi olarak kullanabilmek için referans bir ses seviyesi seçmek gereklidir. Bu referans ses basınç seviyesi genelde 20 mPa olarak seçilir, ki bu da atmosfer basıncının 20 milyarda birine denk gelmektedir.

Diğer bir anlamda, kaynaktan farklı frekanslarda yayılan sesin basınç seviyesinin 20 mPa oranı sesin o frekanstaki dB değerini verir, örneğin, 500 Hz frekansta 200 mPa ses basınç seviyesi,dB = 10 x log (200 mPa / 20 mPa) = 10 x log 10 = 10 x 1 = 10 dBolacaktır, yani dB üretilen sesin referans ses seviyesine logaritmik oranıdır.

dB(A), dB(B), dB(C) Nedir ?

Ortamlarda oluşan ses seviyelerini objektif olarak değerlendirebilmek için ölçüm aletlerine (mikrofon) filtreler takılmış ve bu filtreler ile çeşitli frekans değerlerindeki ses seviyeleri farklı olarak kaydedilmiştir.

Bu ölçümlerde kullanılan 3 tip filtre vardır; A, B ve C. Bu filtrelere göre ses seviyesi dB(A), dB(B) ve dB(C) cinsinden ifade edilebilir.

dB(A) : En çok kullanılan yöntemdir. 1 kHz frekans da 40dB lik eşses eğrisinin tersine karşılık gelir. 1 khz frekansta belirlenmiş olduğu için çok yüksek ve çok düşük frekanslardaki seslere duyarlı değildir ve bu frekanslardaki sesler için kullanılmaz. Ancak insan kulağının duyarlı olduğu ses frekansları düşünüldüğünde en uygun ölçüm yönteminin A tipi filtreler ile yapılan ölçümler olduğu görülür.Bu açıdan hemen hemen bütün cihazların teknik özelliklerinde ..dB/...dB(A) ibaresini görülmektedir. Burada önemli olan ve esas alınması gereken değer dB(A) için verilen değerdir.

dB(B) : dB(A) ve dB(C) arasında kalır ve kullanımı çok yaygın değildir.

dB(C) : Bu ölçünün oluşturduğu eğri dB(A) eğrisine göre daha doğrusaldır ve bu yüzdençok yüksek ses frekanslarında kullanılır. Orta ve düşük ses frekanslarında sağlıklı ölçümyapılamaz.

Desibel ABC eğrisi

Akustik dağılımı

Op-amp’ların filitre olarak kullanılması

Aktif ve Pasif filitrelerOpamp

• Neden Filitreler kullanılır?• Belirli bir frekans bandını geçirmek, bunun dışında

kalan frekansları zayıflatmak amacı ile filtre devreleri kullanılır.

• Filtreler; aktif ve pasif olmak üzere iki temel tipte tasarlanırlar. Pasif filtre tasarımında; direnç, kondansatör ve bobin (self) gibi pasif devre elemanları kullanılır.

• Aktif filtrelerde ise pasif devre elemanlarına ilaveten transistör ve tümdevre gibi yarıiletken devre elemanlarıda kullanılır.

Aktif Filitrelerin özellikleri• • Aktif filtre devrelerinin çıkış empedansı çok düşük, giriş empedansı ise oldukça• yüksektir. Bu nedenle, aktif filtrelerin girişlerine veya çıkışlarına bağlanacak devre• veya devre elemanlarının etkilenmesi söz konusu değildir.• • Aktif filtrelerde, filtrenin geçirgen olduğu frekanslarda herhangi bir zayıflatma• olmaz. Çünkü aktif filtre tasarımında kullanılan opamp, filtre edilen işaretleri• yükselterek çıkışına aktarabilir.• • Pasif filtreler herhangi bir besleme gerilimine gereksinim duymazlar. Fakat aktif• filtrelerin her zaman besleme gerilimine gereksinimleri vardır.• • Aktif filtre tasarımında kullanılan opampların band genişlikleri sınırlı olduğundan• her frekansta aktif filtre tasarlamak oldukça zordur.• • Aktif filtre devrelerinde tümdevre üretim teknolojisinden kaynaklanan

sınırlamalar nedeniyle self (bobin) elemanı kullanılamaz. Bu eleman yerine negatif empedans dönüştürücülerden yararlanılarak kondansatörden self elde edilebilir.

Aktif filitreler

• Bir Op-amp yardımıyla(amplifikatör)oluşturulan filtreler, aktif filtre olarak adlandırılır. Bir aktif filtre genellikle,bir frekans seçici geri besleme devresiyle birlikte sadece bir op-amptan oluşur. Devredeki frekans seçici geribesleme kısmı,op-ampın frekans cevap eğrisini şekillendirir.

Aktif Filitre çeşitleri

• Alçak Geçiren Filtre• Yüksek Geçiren Filtre• Band Geçiren Filtre• Band Söndüren Filtre

1) Alçak Geçiren Filtre Karakteristikleri:Alçak geçiren filtre yapısında 0 Hz ile kesim frekansı (fH) arasında sabit bir kazanç vardır (genellikle birim kazanç). Kesim frekansında, alçak frekans kazancı 3dB azalır. 0 Hz ile kesim frekansı (fH) arasındaki frekanslar band geçirme frekansı, fH’dan büyük frekanslar ise band söndürme frekansıdır. Band söndürme frekansında kazanç oldukça azalır.

2) Yüksek Geçiren Filtre Karakteristikleri: Yüksek geçiren filtre yapısında kesim frekansından (fL) daha büyük frekanslarda sabit bir kazanç vardır (genellikle birim kazanç). Kesim frekansında, yüksek frekans kazancı 3dB azalır. 0 Hz ile kesim frekansı (fL) arasındaki frekanslar band söndürme frekansı, fL’den büyük frekanslar ise band geçirmefrekansıdır. Band söndürme frekansında kazanç oldukça azalır.

3)Band Geçiren Filtre Karakteristikleri: Band geçiren filtre, sadece belirli frekans aralığını geçirir, diğerlerini söndürür. Band geçirme aralığı, kesim frekansları (fH, fL ) arasında kalan bölgeyi ifade eder. Filtrenin band genişliği (fH - fL) olarak ifade edilir.

Aktif filtrelerin frekans tepkileri

Op-amp’ın filitre olarak kullanılması

Alçak geçiren filitre LAB uygulaması

Yüksek geçiren filitre LAB uygulaması

25Hz 50 Hz 100 Hz 150 Hz

Vo

Vo/Vi

LM 386 OP-AMP

DÜŞÜK KAZANÇLI YÜKSEK KAZANÇLI

Metal dedektörü

Op-amp’ların yarım dalga doğrultmaç olarak kullanılması LAB DENEYİ

Multivibratör

• Kare dalga veya dikdörtgen dalga meydana getiren devrelere MULTIVIBRATÖR adı verilir.

• - Tek kararlı (monostable) multivibratör• - Kararsız (astable) multivibratör olmak üzere • 2 tip multivibratör vardır.

Astable MultivibratörlerAstable multivibratörler devreye çalışma gerilimi verildiği andan itibaren dışarıdan herhangi bir tetikleme sinyaline gerek kalmadan devredeki zamanlama elemanlarının belirledikleri zaman aralıkları ile devamlı durum değiştiren devrelerdir.Astable multivibratör gerçekte bir kare dalga üretecidir (osilatör). Opamp’la oluşturulmuş bir kare dalga üreteci şekil-3.20’de verilmiştir. Eviren girişe bağlanan C kondansatörü dışında devre bir komparatora benzer. C kondansatörü dc işaretler için açık devre olduğuna göre opamp açık çevrim’de çalışmaktadır ve kazancı çok yüksektir. Opamp çıkışı girişlerine bağlı olarak +VDOY ve –VDOY arasında salınacaktır.