ATATÜRK ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
ELEKTRONİK DEVRELER PROJESİ
Proje Konusu: WİEN KÖPRÜ OSİLATÖRÜ
Projeyi Yaptıran: BÜLENT ÇAKMAK
Projeyi Hazırlayanlar: AHMET ÖZMEN
SEZER KEMENT
FATİH YAVİLİOĞLU
İÇİNDEKİLER
Ø 1.OSİLATÖR NEDİR?
Ø 2.WİEN KÖPRÜ OSİLATÖRÜ HAKKINDA BİLGİ
· 2.1.OP-AMP ‘LI DEVRENİN ÇALIŞMASI
· 2.2.TIRANSİSTÖRLÜ DEVRENİN ÇALIŞMASI
Ø 3.DENEYİN YAPILIŞI
· 3.1.KULLANILAN ARAÇ VE GEREÇLER
· 3.2.OP-AMP’LI DEVRE ŞEMASI
· 3.3OP-AMP’LI DEVRENİN ÇALIŞMASI
· 3.4.OP-AMP’LI DEVRENİN SONUÇLARI
· 3.5.TRANSİSTÖRLÜ DEVRE ŞEMASI
· 3.6.TRANSİSTÖRLÜ DEVRENİN ÇALIŞMASI
· 3.7.TRANSİSTÖRLÜ DEVRENİN SONUÇLARI
Ø 4.SONUÇLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ
1. OSİLATÖRLER
Osilatör Nedir?
Elektronik iletişim sistemlerinde ve otomasyon sistemlerinde kare dalga, sinüs dalga, üçgen dalga veya testere dişi dalga biçimlerinin kullanıldığı çok sayıda uygulama bulunmaktadır. Çoğu durumda birden fazla tip sinyal kullanmak ve bunları birbirine senkronize etmek gereklidir. Dolayısıyla bu da istenen işleme uygun bir sinyal üretimini gerektirmektedir. Örneğin bir mikrodenetleyicinin istenen programıyürütebilmesi için kare dalga sinyal ile tetiklenmesi gereklidir. Bu örnek bile kare dalga sinyali üreten osilatörün önemini açıkça göstermektedir.
Osilatör istenilen frekans ve dalga şeklinde elektiriksel titreşimler üreten geri beslemeli yükselteçtir. Diğer bir ifade ile kendi kendine sinyal üreten devrelere "osilatör" denir. Osilatörler DC güç kaynaklarından beslenir. Bunun sonucu olarak DC gerilimi
istenilen frekansa sahip işaretlere dönüştürülür. Osilatörler kontrol sistemlerinde ve televizyon, radyo, telsiz, AM alıcılar, AM vericiler, FM alıcılar ve FM vericiler gibi sistemlerde kullanılır. Elektriksel titreşim ya da diğer adıyla osilasyon, dalga biçimindeki
sürekli olarak tekrarlanan değişimdir. Çıkış dalga biçiminin şekli sinüs dalga, kare dalga, üçgen dalga, testere dişi dalga ya da periyodik aralıklarla tekrarlanan herhangi bir dalga şekli olabilir. Aslında bir osilatör, kendi giriş sinyalini kendi temin eden bir yükselteç devresidir.
Şekil 1.1: Temel osilatör blok diyagramı
Bir osilatör devresinin meydana getirdiği sinyallerin veya osilasyonların (titreşimsalınım) devam edebilmesi için;
Ø Yükseltme
Ø Geri besleme
Ø Genlik sınırlayıcı ve frekans tespit ediciye ihtiyaç vardır.
Bir osilatör devresinde çıkışın bir miktarının şekil 1.1'de görüldüğü gibi girişe geri beslenmesi gereklidir. Geri besleme, bir sistemde yüksek seviye noktasından alçak seviye noktasına enerji transferidir. Diğer bir ifade ile çıkışın girişe tekrar uygulanmasıdır. Geri besleme girişi artırıcı yönde ise pozitif, azaltıcı yönde ise negatif geri beslemedir. Devre kayıplarını önlemek ve osilasyonların devamlılığını sağlamak için kullanılması gereken geri besleme pozitif geri besleme olmalıdır. Bir osilatörün önceden belirlenecek bir frekansta osilasyon yapabilmesi için bir frekans tespit ediciye ihtiyaç vardır. Osilatördeki geri besleme, frekans tespit edici devredeki zayıflamayı dengeler. Şekil 1.1’de rezonans devresi, frekans tespit edici devre diğer bir değişle filtre devresi olup istenen sinyalleri geçirir, istenmeyenleri bastırır. Rezonans devreleri bobin ve kondansatör elemanlarından ya da direnç ve kondansatör elemanlarından oluşur ve bu elemanların isimleriyle anılır. Osilatör çıkışındaki sinyalin genlik ve frekansının sabit tutulabilmesi için osilatör devresindeki yükseltecin pozitif geri besleme için yeterli kazancı sağlaması gerekir.
Osilatörlerde aranan en önemli özellik frekans kararlılığıdır. Frekans kayması diğer bir değişle frekansta meydana gelen istenmeyen değişimler, kontrol sistemlerinde çok ciddi hatalara sebep olur. Frekans kaymasının başlıca nedenleri şunlardır.
Ø Besleme gerilimindeki değişmeler
Ø Mekanik sarsıntılar
Ø Isı değişimi
Ø Yük değişimi
Osilatör tasarımlarında bu faktörlere karşı gerekli önlemler alınarak frekans kayması mümkün olduğu ölçüde engellenmelidir.
2.WİEN KÖPRÜ OSİLATÖRÜ HAKKINDA BİLGİ
2.1.OP-AMP ‘lı Devrenin Çalışması
Wien köprü osilatör hem pozitif hem de negatif geri besleme kullanan bir RC faz kaydırma osilatörüdür. Şekil 1.5’teki devrede, yükseltici olarak giriş empedansı yüksek bir eleman olan OP-AMP kullanılmıştır. Bu osilatör 5HZ ile 1MHZ arasındaki frekansları üretmek için sinyal üreteçlerinde yaygın olarak kullanılan kararlı alçak-frekans osilatörüdür.
Şekil 1.5: Opamplı wien köprü osilatörü
Şekil 1.5'te görüldüğü gibi R1-C1'den oluşan seri, R2-C2'den oluşan paralel R-C devreleri Wien köprüsünü oluşturur. Bu elemanlar frekansı belirler. R3 ve R4 elemanları ile yükselteçin kazancı sınırlanır. Çıkış sinyali, belli oranda OP-AMP'ın faz çevirmeyen (+) girişine R1-C1 elemanları ile geri beslenmektedir. OP-AMP 'ın çalışma frekansında R1-C1, R2-C2'den oluşan köprü devresi maksimum geri beslemeyi yapmakta ve bu frekansta faz açısı sıfır olmaktadır.
Devrede R3-R4 ve OP-AMP 'tan oluşan kısım yükseltici görevi yapmaktadır. Çıkıştan alınan sinüzodial sinyalin frekansı ve devrenin çalışma frekansı;
formülü ile bulunur.
Eğer devrede R1 = R2 = R ve C1 = C2 = C olarak seçilirse formül;
Ayrıca, devrenin istenen frekansta osilasyon yapması ve yeterli çevrim kazancını sağlayabilmesi için ( R3 / R4 ) >= 2 olmalıdır.
Devre boyunca toplam faz kayması tam olarak 0° dir. Aşırı alçak frekanslarda C1 açık devre haline dönüşür ve herhangi bir çıkış sinyali oluşmaz. Aşırı yüksek frekanslarda C2 kısa devre olur ve yine bir çıkış oluşmaz.
F frekansında R2-C2 birleşimi +45 derece faz ilerletmesi yaparken R1-C1 birleşimi de -45 derece faz geciktirmesi yapar. Bu faz ilerletme geciktirme devresi ve R3-R4 omik gerilim bölücü bir Wien köprüsü oluşturur, F frekansında köprü dengelendiği zaman, fark gerilimi sıfıra eşit olur. Gerilim bölücü negatif ya da bozucu geri besleme sağlar. Bu da ilerletme geciktirme devresinde oluşturulan pozitif geri beslemeyi dengeler. Devreye enerji verildiği andan itibaren istenen F frekansında sinüzodial salınımlar çıkışta elde edilir. Şekil 1,5’te R4 direncine seri bir ayarlı direnç bağlanarak OP-AMP kazancı ayarlanabilir. Bu sayede aşırı yükseltme sonucu oluşabilecek istenmeyen kırpılmalar da önlenmiş olur.
