Kare dalga üreteçleri-multiVİbratörler
Yüklə 345,81 Kb.
|
|
Pek çok endüstriyel uygulamada sıkça kullanılan filtreler başlıca dört tiptir. Bunlar;
Belirtilen dört tip filtrenin frekans tepkileri (cevapları) Şekil-4.1’de ayrıntılı olarak çizilmiştir. Örneğin alçak geçiren filtre, belirlenen bir frekansın altındaki frekansları geçiren, üstündekileri ise zayıflatan bir devredir. Belirlenen bu frekans değerine “Köşe frekansı” olarak adlandırılır ve “Fc” ile ifade edilir. denir. Fc, aynı zamanda; “0.707 frekansı”, “-3dB frekansı” veya “kesim frekansı” olarak da isimlendirilir. 
Şekil 4.1 Filtrelerin frekans tepkileri Filtre devrelerinde iletilen frekans aralığına geçen band, zayıflatılan frekans aralığına ise durdurulan veya söndürülen band adı verilir. Alçak geçiren filtre; kesim frekansının (FC) altındaki frekansları geçirir, üstündekileri ise durdurur veya zayıflatır. Alçak geçiren filtre devresinde köşe frekansına kadar çıkış gerilim Vo sabittir ve zayıflama yoktur. Köşe frekansı değerinden sonra çıkış işareti belirli bir eğimle zayıflar. Bu durum Şekil-4.1’deki karakteristikte kesik çizgi ile gösterilmiştir. Düz çizgi ise ideal filtreyi temsil etmektedir. Yüksek geçiren filtre; kesim frekansının (FC) üstündeki frekansları geçirir, altındakileri ise durdurur veya zayıflatır. Band geçiren filtre ise, sadece belirlenen band içerisindeki frekansları geçirir, diğerlerini zayıflatır. 4.1 Pasif filtreler I- R-C ile yapılan alçak frekansları geçiren pasif filtreler: Bu devre sadece alçak frekansları geçirir. Yüksek frekanslarý þaseye verir. Frekans yükseldikçe kondansatörün kapasitif reaktansý küçülür. Çünkü XC = 1/ 2.pi.f.C [W ]'dur. Reaktansýn küçülmesi sinyallerin diðer yükselteç katýna geçmesini engeller. Şekil 4.2'de R-C'li alçak frekanslarý çıkışa ulaştıran (geçiren) pasif filtre verilmiştir. II- R-L ile yapılan alçak frekansları geçiren pasif filtreler: Bu filtrede kullanılan bobinin endüktif reaktansı XL=2.pi.f.L denklemine göre frekans yükseldikçe büyür. Bu nedenle yüksek frekanslı sinyaller bobinden geçemez. Şekil 4.2'de R-L'li alçak frekanslarý çýkýþa ulaþtýran (geçiren) pasif filtre verilmiþtir. 
Şekil 4.2 R-C ve R-L’li alçak geçiren filtreler III- R-C ile yapılan yüksek frekanslarý geçiren pasif filtreler: Düşük frekanslarda kondansatörün kapasitif reaktansı büyük olduğundan alçak frekanslı sinyaller diğer kata geçemez. Şekil 4.3'de R-C'li yüksek frekansları çıkışa ulaştıran (geçiren) pasif filtre verilmiþtir. IV- R-L ile yapılan yüksek frekansları geçiren pasif filtreler: Alçak frekanslı sinyallerde bobinin endüktif reaktansı küçük olduğundan sadece yüksek frekanslý iþaretler diðer kata geçebilir. Şekil 4.3'de R-L'li yüksek frekanslarý çıkışa ulaştıran (geçiren) pasif filtre verilmiştir. 
Şekil 4.3 R-C ve R-L’li yüksek geçiren filtre 4.2 Aktif filtreler Filtre devreleri zayıflatma eğimine veya kalitesine bağlı olarak; 1. derece veya -20 dB/dekad, 2.derece veya -40 dB/dekad ve 3. derece -60 dB/dekad olmak üzere tasarlanabilirler. 4.2.1 Alçak geçiren aktif filtre Belirlenen kesim frekansının altındaki frekansları olduğu gibi geçirip, üzerindeki frekansları zayıflatan filtrelere alçak geçiren filtre denir. - Birinci dereceden alçak geçiren aktif filtre devresi Uygulamalarda sıkça kullanılan 1. derece veya -20 deb/dekad’lık filtre devresi ve frekans cevabı Şekil 4.4’de verilmiştir. 
Şekil 4.4 Birinci dereceden alçak geçiren aktif filtre devresi ve frekans cevabı Devrede filtre işlemi R ve C elemanlarından oluşmaktadır. Op-Amp ise birim kazanç yükselteci olarak çalışmaktadır. Opamp’ın eviren ve evirmeyen girişleri arasında potansiyel fark olmadığından (0 V), çıkış gerilimi C kondansatörü uçlarındaki gerilime eşittir. Devrenin kazancı: 
Burada, Op-Amp’ın DC kazancı: 
Ve 
 , Bessel filtre sabiti olarak adlandırılır ve birinci, ikinci, üçüncü derece filtre devrelerinde değeri farklılık arzeder.
Kesim frekansı, 
Örnek: R1=1.2 k, C1=0.02 F olduğuna göre birinci dereceden alçak geçiren filtrenin kesim frekansını hesaplayınız ( =1).
= 6.63 kHz SORU: Birinci dereceden alçak geçiren aktif filtre devresinde kesim frekansının 2 kHz olması isteniyor. Buna göre göre C1 kapasitesini bulunuz. ÇÖZÜM:
Filtre devrelerinde kesim frekansından sonra zayıflama eğiminin artması, filtrenin ideale yaklaştığını gösterir. Pek çok uygulamada -20 dB/dekad’lık birinci dereceden bir filtre devresi yeterli olmayabilir. Bu amaçla -40 dB/dekad’lık ve -60 dB/dekad’lık filtre devreleri geliştirilmiştir. Alçak geçiren filtre devresi için 20, 40 ve 60 dB/dekad’lık üç tip filtre devresi için frekans cevabı (frekans/kazanç eğrileri) Şekil 4.5’de çizilmiştir. 
Şekil 4.5 Alçak geçiren filtre devrelerinin frekans tepkesi Filtrenin iki bölümünün Şekil 4.6’daki gibi bağlanması 40 dB/dekad’lık kesim frekanslı ikinci dereceden bir aktif alçak geçiren filtre oluşturur. - İkinci dereceden alçak geçiren aktif filtre:    
Şekil 4.6 İkinci dereceden alçak geçiren aktif filtre devresi ve frekans cevabı Devrenin düzenlenmesi ve analizi için aşağıda belirtilen adımlar sırayla izlenmelidir. 1. İlk adım kesim frekansı fC’nin belirlenmesi veya seçilmesidir. 2. Analiz kolaylığı için R1=R2=R olmalı ve değeri 10 kΩ ile 100 kΩ arasında seçilmelidir. ROf değeri ise 2·R olarak seçilmelidir.
 seçilmelidir.
4. C2 kondansatörü ise C2=2.C1 olacak şekilde seçilmelidir. ÖRNEK: İkinci dereceden alçak geçiren aktif filtre devresinde R=10 kΩ, wc = 30 krad/s için C1 ve C2 değerleri ne olmalıdır? ÇÖZÜM: 
C2 = 2.C1 = 4.8 nF Üçüncü dereceden alçak geçiren bir aktif filtre devresi, -40 dB/dekad ve -20 dB/dekad’lık alçak geçiren aktif filtre devrelerinin ardarda bağlanması ile gerçekleştirilir. 4.2.2 Yüksek geçiren aktif filtre Yüksek geçiren filtre; belirlenen kesim frekansının üstündeki frekansları olduğu gibi geçirip, altındaki frekansları zayıflatan filtre devresidir. -20 dB/dekad, -40 dB/dekad ve -60 dB/dekad olmak üzere üç tip yüksek geçiren filtre devresi vardır. Bu üç tip filtre devresinin frekans cevapları (kazanç/frekans) eğrileri Şekil 4.7’de gösterilmiştir. 
Şekil 4.7 Yüksek geçiren aktif filtre frekans eğrileri - Birinci ve ikinci dereceden yüksek geçiren aktif filtreler: Birinci ve ikinci dereceden yüksek geçiren aktif filtre devreleri ve frekans karakteristiği Şekil 4.8’de gösterilmiştir. -20 dB/dekad’lık filtrenin yeterli olmadığı durumlarda (yani birinci dereceden filtrelemenin yeterli olmadığı durumlarda) -40 dB/dekad’lık (ikinci mertebeden) filtreler kullanılır. Kesim frekansı; 
R1=R2 ve C1=C2 olan ikinci derece filtre de aynı kesim frekansını verir.       
Şekil 4.8 Birinci (a) ve ikinci (b) mertebeden yüksek geçiren aktif filtre devreleri ve frekans eğrisi (c). ÖRNEK: R1=R2=2.1 k, C1=C2=0.05 F ve Ro1=10 k, Rof= 50 k olduğuna göre ikinci dereceden yüksek geçiren aktif filtre için kazancı ve kesim frekansını hesaplayınız (a1=1.3617). ÇÖZÜM: 
Kesim frekansı, 
4.2.3 Band geçiren aktif filtre Şekil 4.9’da iki katlı bir bant geçiren filtre devresi ve frekans eğrisi verilmiştir. İlk katı bir yüksek geççiren filtre olup ikinci katı ise alçak geçiren bir filtredir. 
       
Şekil 4.9 Bant geçiren aktif filtre devresi ve frekans eğrileri. Dar ve geniş bant olmak üzere iki tip band geçiren filtre vardır. Dar bant filtrelerde band genişliği rezonans frekansının 1/10’nundan daha küçüktür. Geniş band filtrelerde ise daha büyüktür. Rezonans frekansının (wr), band genişliğine (B) oranına filre devresinin kalite faktörü (Q) denir. Kalite Faktörü, Q=wr/B formülü ile belirlenir. Q’nun alacağa değere göre filtre devresinin kalitesi ve seçiciliği değişir. Q değeri yüksek ise seçicilikte fazladır. Dar bantlı filtrelerde seçicilik daha fazladır çünkü Q>10’dur. Geniş bantlı da ise Q<10’dur. Band geçiren filtre tasarımında iki yöntem vardır. Birinci yöntemde wr ve B değerleri seçilir, Q değeri ise hesaplanır. İkinci yöntemde ise wr ve Q değerleri seçilir, B değeri ise hesaplanır. Hesaplamayı kolaylaştırmak ve devreyi sadeleştirmek için C1=C2=C olarak seçilir ve B hesaplanır. R değerleri ise aşağıdaki formüllerlehesaplanır: Ro1=Ro2=R alınarak;  ,  , 
ÖRNEK: Band geçiren filtre devresinde wr=10 krad/s, Ar=40, Q=20 ve C1=C2=C=0.01 F olduğuna göre B, R1, R2 ve R3 değerlerini hesaplayınız. ÇÖZÜM: 
ÖRNEK: R1=R2=10 k, C1=0.1 F, C2=0.002 F alarak band geçiren aktif filtrenin alt ve üst kesim frekanslarını hesaplayınız. ÇÖZÜM: 
4.2.3 Band durduran (söndüren) aktif filtre Belirli bir frekans aralığındaki işaretleri geçirmeyip, diğerlerini geçireren veya zayıflatan bir filtre tipidir. Band söndüren filtre genellikle istenmeyen ve sistemler üzerinde parazit (gürültü) etkisi yapan işaretlerin azaltılmasında kullanılır. Örneğin elektronik cihazların çevresinde çalışan motor, jeneratör, transformatör v.b elektromekaniksel cihazlar çevrelerinde ve şebekede elektriksel gürültü oluşmasına sebep olurlar. Belirtilen bu parazitleri yok etmek amacı ile elektronik cihazların pek çoğunda band söndüren filtre devreleri kullanılır. Şekil 4.10’da bir band söndüren filtre devresi ve frekans eğrisi verilmektedir. Band söndüren filtre devresinin düzenlenmesinde; rezonans frekansı, band genişliği (B) veya kalite faktörü (Q)’nün bilinmesi gerekir. 
Şekil 4.10 Band durduran (söndüren) filtre devresi ve frekans cevabı 
5. GERİLİM KONTROLLÜ OSİLATÖR (VOLTAGE KONTROLLED OSCILLATOR- VCO) Osilatörler ve çeşitleri konusu ayrı bir bölüm altında incelenecek olmakla birlikte gerilim kontrollü osilatörler faz kilitlemeli çevrim (PLL) gibi bazı elektronik devrelerde kullanıldıklarından PLL konusuna geçmeden önce VCO’ların çalışma prensiplerine öğrenmekte fayda vardır. Gerilim kontrollü osilatör (VCO), frekansı DC gerilimle belli değerler arasında ayarlanabilen bir osilasyon çıkış sinyali (kare veya üçgen dalga) üreten devredir. Diğer bir deyişle, VCO devresinin girişi DC, çıkışı ise periyodik kare ya da üçgen dalgadır. Ayrıca VCO nun birde kontrol gerilimi vardır. Bu gerilim VCO nun frekansını değiştirir. Kontrol gerilimi sıfır olduğunda osilatör normal frekansla salınır, kontrol gerilimi değiştikçe VCO’nun frekansı artar veya azalır. VCO, maksimum frekansı ile minimum frekans arasında kontrol gerilimine bağlı olarak salınabilen bir osilatördür. Aksi taktirde VCO nun istenilen frekans bölgesine ulaşması mümkün olmayacaktır. Bir UHF TV vericisinde kullanılması gereken VCO, eğer verici sentezörde değişiklik yapmadan UHF kanalında çalıştırılması isteniyorsa 510.15MHz ile 894.15MHz arasında salınım yapması gerekmektedir. VCO’lar Op-Amp’lar veya 566 IC entegre devre elemanlarıyla gerçekleştirilebilirler. Şimdi sırasıyla bunları inceleyelim. 5.1 Op-Amp’ın gerilim kontrollü osilatör olarak kullanılması: Şekil 5.1 'deki devre, Vi giriş voltajı ile frekansı kontrol edilebilir bir testere dişi jeneratördür. Temel olarak bu devre integral alıcı bir devredir. Negatif geri besleme hattında bir kondansatör ve ona paralel bağlı bir tristör (SCR-Silicon Controlled Rectifier) kullanılmıştır. Tristör ON-OFF anahtarlamayı gerçekleştirir. Tristörde, anod-katod ve gate olmak üzere üç terminal bulunur.
Çıkış voltajının pozitif olması için Vi gerilimi negatiftir. DC bataryanın negatif kutbu OP-AMP 'ın faz çeviren (-) girişine uygulandığı zaman çıkıştan pozitif bir rampa darbesi elde edilir. Çıkışta meydana gelen pozitif darbe, tristörün eşik gerilimini aşarsa tristör iletime geçer ve kondansatör tristör üzerinden deşarj olur. Bu kez çıkış negatif yönde inmeye başlar. Çıkışın negatif yönde inmesi, tristörü yalıtıma sokacağından kondansatör tekrar şarj olur. Bu kez çıkışındaki rampa darbesi tekrar pozitif yönde artmaya başlar. Kondansatörün şarj ve deşarjı ile tristörün iletime ve yatılıma geçmesiyle devrenin çıkışından testere dişi biçimindeki dalga elde edilir. Vi giriş voltajı sabit olduğundan çıkıştan elde edilen testere dişi dalganın eğimi; dVo / dt = Vi / RC 'dir. Çıkışta meydana gelen testere dişi dalganın periyodu; T=Vg / (Vi / RC) = (Vg / 1).(RC / Vi) =(Vg / Vi).RC 'dir. Testere dişi dalganın frekansı ise f = 1 / T 'den bulanabilir. Şekil 5.2’de simülasyon programı kullanılarak elde edilmiş voltaj kontrollü devresinin çıkış dalga şekli osilaskopta görülmektedir. Osilaskoptaki dalga şekli testere dişi biçiminde olduğundan adı testere dişi dalgadır.
5.2 IC 566 entegresi ile gerçekleştirilen VCO: 566 IC VCO’ya bir örnek teşkil eder; bu entegre frekansı dış direnç ve kondansatör ile belirlenen ve uygulanan DC gerilimle değiştirilebilen kare dalga ve üçgen dalga sinyalleri üreten devreler içerir. Şekil 5.3’de gösterilen 566 entegresinin C1 dış kondansatörünü R1 dış direnciyle belirlenen bir hızda doldurmak ve boşaltmak için kullanılan akım kaynaklarına ve DC modülasyon giriş gerilimine sahip olduğu gösterilmiştir. Kondansatörün doldurulması ve boşaltılması için akım kaynaklarını anahtarlamak amacıyla bir Schmitt tetikleyici devresi kullanılmıştır. Kondansatörün üzerinde oluşan üçgen dalga gerilimi ile Schmitt tetikleyiciden gelen kare dalga tampon yükselteçler üzerinden çıkışa verilir. 
Şekil 5.3 566 fonksiyon üretecinin blok diyagramı 566 entegresinin bacak bağlantıları ile formülleri Şekil 5.4’de gösterilmiştir. Uygun bir dış direnç ve kondansatör seçimiyle osilatör, 10 Hz – 1 MHz frekans aralığı arasında düzenlenebilir ve sonra Vc kontrol gerilimiyle 10 Hz – 1 MHz aralığında modüle edilebilir. 
Şekil 5.4 566 entegresinin bacak bağlantıları ve formülleri
Kare ve üçgen dalga üreten 566 için pratik bir devre örneği Şekil 5.5’de verilmiştir. Bu pratik devredeki parametrelerin seçimi şu şekildedir: 
   
Şekil 5.5 566 VCO pratik devresi R2 ve R3 direnç bölücü, aşağıdaki sabit değere sahip DC modülasyon gerilimini bellirler. 
Burada V+=12 V iken 0.75V+=9 V’dur. 
olarak hesaplanır.
Çıkış kare dalga sinyalinin frekansını ayarlamak üzere Vc giriş geriliminin nasıl kullanılabileceğine (değiştirilebileceğine) örnek bir devre Şekil 5.6’da verilmiştir.   
Şekil 5.6 566 entegresinin Vc kontrol gerilimi ile frekans ayarı R3 potansiyometresi Vc’nin 9’tan 12 V’a ayarlanmasını mümkün kılar. Bu da 10 Hz ile 1 MHz frekans aralığına karşılık gelmektedir. R3 potunun ucu en üst noktada iken: 
Buradan alt çıkış frekansı: 
R3 ayar ucu en alt noktaya getirildiği zaman; 
Buradan üst çıkış frekansı: 
olarak bulunur. 6. FAZ KİLİTLEMELİ DÖNGÜ (PHASE LOCHED LOOP – PLL)
Faz kilitleme devresi (PLL : Phase–Locked Loop) geri besleme işaretinin frekans ve fazının, giriş işaretinin fazına ve frekansına kilitlenme ilkesine dayanan bir sistemdir. Giriş işaretinin dalga şekline ilişkin bir sınırlama yoktur. Faz kilitleme çevrimlerinin ilk uygulaması, 1932 yılında radyo işaretlerinin aranması amacıyla kullanım alanı bulmuştur. 1960’larda ise, NASA uydu programları için faz kilitlemeli devre tekniğinden yararlanılmıştır. Tümdevre teknolojisinin hızlandığı ve büyük gelişme gösterdiği 1960’lı yıllara kadar, faz kilitlemeli çevrim sistemlerinin gerçekleştirilmesi hem pahalı hem de karmaşık olmaktaydı. Tümdevre teknolojisinin gelişmesi ile “tektaş (monolitik) tümleştirmenin” getirdiği ekonomik avantaj, faz kilitlemeli çevrim tekniğini özellikle endüstriyel elektronik ve tüketici elektroniği alanlarında çok büyük uygulama çeşitliliği ile karşı karşıya getirmiştir.
Günümüzde monolitik (tektaş) faz kilitlemeli çevrim tekniği, FM dedektörlerin, stereo demodülatörlerin, ton kod çözücülerin, frekans sentezleyicilerin temel yapı bloku olmuştur. Süzgeçleme, işaret dedektörü olarak kullanılma ve motor hız kontrolü de faz kilitlemeli çevrimin diğer uygulama alanları arasında sayılabilir. Faz kilitlemeli çevrim sistemlerinde analog ve sayısal elemanların birlikte kullanılması yoluna gidilmektedir. PLL’in başka yaygın kullanım alanları arasında;
Yüklə 345,81 Kb. Dostları ilə paylaş:
|
