22 Aralık 2012 Cumartesi

CMOS iki girişli VE, VEYA, DEĞİL kapılarını gerçekleştirme






ATATÜRK ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
SAYISAL DEVRELER PROJESİ


Proje Kodu:     P-28 Kapı Karakteristiği
Proje Konusu: 4007 entegresi kullanarak bir CMOS iki girişli    VE, VEYA, DEĞİL  kapılarını gerçekleştirme

Projeyi Yaptıran:          Doç. Dr. Tevhit KARACALI
Projeyi Hazırlayan:       AHMET ÖZMEN

CMOS
   Tümler MOS devreleri n-kanalı cihazlarının her ikisininde aynı substrat üzerinde üretilmesinden faydalanır. CMOS devreleri bağlantılı olarak MOS cihazlarının iki tipini de mantık fonksiyonları oluşturmak üzere kullanılır. CMOS mantık devresi durgun durumda olduğunda, güç yitimi çok düşüktür. Çünkü,  devrenin durumu değişmediğinde her zaman yolda kapalı bir transistör  vardır.
  Tipik bir CMOS geçidi 0.01mW düzeninde durgun güç yitimine sahiptir. Ancak, 1MHz hızında durum değiştiren, güç yitimi yaklaşık 1mW’a ve 10MHz hızında yaklaşık 5mW’a çıkar.
  CMOS mantık genellikle 5V’luk tipik bir Vdd değerinde 3 ile 18V gerilim aralığında tek bir ğüç kaynağı işlemi için belirtilir. Daha büyük güç kaynağı geriliminde CMOS çalıştırmak, yayılım gecikmesi süresini düşürür ve gürültü payını artırır, ama güç yitimi artar. Vdd=5V ile yayılım gecikmesi kullanılan tipe bağlı olarak 5 ile 20ns arasında değişir. Gürültü payı genellikle güç kaynağı geriliminin yaklaşık olarak %40’ıdır. CMOS geçitlerinin çıkış yelpazesi, 1 MHz frekansında çalıştığında yaklaşık 30’dur.
       CMOS üretimi TTL’den daha kolaydır ve daha çok veri yoğunluğu sağlar. Bu , işlev başına daha düşük maliyetle verilen belirli silikon alan üzerinde daha çok devrenin yerleştirilebileceği anlamına gelir. Bu özellik, düşük güç yitimi, iyi gürültü bağışıklığı ve uygun yayılım gecikmesi ile birlikte CMOS’u en popüler standart bir dijital mantık ailesi yapar.

CMOS İLE DEĞİL KAPISI
   
  CMOC evirici, bir NMOS ve bir PMOS’un Şekilde görüldüğü gibi bağlanması ile elde elde edilir. Bu yapının çalışma prensibini inceleyelim.  Giriş  Lojik-1 seviyesinde olduğunda NMOS iletimde, PMOS kesimdedir. NMOS transistorun iletken bir kanalı olmasına rağmen akımı PMOS’un kaçak akımı kadardır. Çıkış ise NMOS’un kanalı sayesinde Lojik-0 seviyesindedir ve 0V’a çok yakın bir değerdedir. PMOS sadece NMOS’un kaçak akımını akıtmakta, ancak PMOS’un mevcut yüksek iletkenlikteki kanalı sayesinde çıkış Lojik-1 seviyesinde ve yaklaşık olarak Vdd değerindedir.
Yukarıda belirttiğim gibi her  lojik konomda Vdd ile toprak arasında seri tranzistörlerden biri kesimdedir. Yapının sadece konum değiştirme sırasında akım akmaktadır. Statik akım ve bu nedenle statik güç harcaması ise çok küçüktür. Bu durum, sistem tasarımı açısından büyük bir avantaj sağlar.
4007 ENTEGRESİ İLE DEĞİL KAPISI
                                                                








4007 entegresi ile 3 tane değil kapısı yapa biliriz.(inverter kapısı)
1.DEĞİL KAPISI
·       14-Vdd ve 7-Vss bağlanır,
·       G1(6) girişe,  Dp1(13) ile Dn1(8) kısa devre yapılır ve çıkış alınır.
2.DEĞİL KAPISI
·       Sp2(2)- Vdd  ve Sn2-Vss bağlanır,
·       G2(3) girişe, Dp2(1) ile Dn2(5) kısa devre yapılır ve çıkış alınır.

3.DEĞİL KAPISI
·       Sp3(11)-Vdd ve Sn3-Vss bağlanır,
·       G3(10) girişe,  Dn/p3(12) den çıkış alınır.



ÇALIŞMASI
Vi=Yüksek Seviye
·       Nmos = AÇIK (çıkışla toprak arası kısa devre) - İLETİMDE
·       Pmos = KAPALI (çıkışla Vdd arası açık devre,  çok yüksek direnç) -KESİMDE
·       Vo=Düşük Seviye olur.
Vi=Düşük Seviye
·       Nmos = KAPALI (çıkışla toprak arası açık devre, çok yüksek direnç) - KESİMDE
·       Pmos = AÇIK (Vdd ile çıkış arası kısa devre, çok düşük direnç) -İLETİMDE
·      Vo= Yüksek Seviye olur.


CMOS İLE VE KAPISI
CMOS ve işlemi yapmak için 2 yöntem kullana biliriz. İki girişi de değilleyip NOR işlemi yaparız. 4007 bunun için tek başına yeterli olmadığından , girişleri NAND yaptıktan sonra değilleriz böylece tek entegreyle ve daha az eleman kullanarak “VE” işlemini gerçeklemiş oluruz.
Şekildeki NAND işleminde A ve B girişlerinden her hangi biri veya ikiside lojik-0 ise alttaki NMOS lardan biri yada ikiside KESİMDE olur, üst tarafta ise PMOS lardan biri yada ikisi de İLETİMDE olacağından çıkış YÜKSEK seviye olur.
Çıkışın düşük seviye olabilmesi için NMOS ların aynı anda İLETİMDE buna karşın PMOSların aynı anda KESİMDE olması gerekir. Bunun içinde girişlerin ikisi de lojik-1 olması gereklidir.
  VE işlemi  NAND çıkışını DEĞİLLEYEREK elde edilir. Diğer yöntemle yapsaydık 4+2+2=8 tane elemana ihtiyaç duyardık. NAND ile yaptığımızda 4+2=6 eleman ile halletmiş oluruz.
4007 ENTEGRESİ İLE VE KAPISI
    
Yukarına anlatıldığı gibi NMOS girişler aynı anda lojik-1 olduğunda düşük seviye olur, değillenir ise  sadece lojik-1 de yüksek seviye üretir. Değer durumlarda düşük seviye elde edilir. Böylece “VE” işlemi gerçekleşmiş olur.
                   VE Kapısı, Doğruluk Tablosu ve Çıkış Gerilimi         






CMOS İLE VEYA KAPISI
    CMOS veya işlemi yapmak için 2 yöntem kullana biliriz.  Ya iki girişi de değilleyip NAND işlemi yaparız.  Bu yöntemle 8 eleman kullanılmaktadır.  İkinci yol ise NOR yaptıktan sonra değillemektir. Böylece 6 elemanla “VEYA” işlemini gerçeklemiş oluruz. 4007 de 6 eleman bulunduğu için NOR’u değilleyip “VEYA” kapısını yaparız. Bu yöntem ayrıca zaman ve hız açısından daha sağlıklı bir yöntem olacaktır.

Şekildeki NOR işleminde A ve B girişlerinden her hangi biri veya ikisi de lojik-1 ise alttaki NMOS’lar dan biri yada ikisi de İLETİMDE olur, PMOS’lar dan herhangi biride KESİMDE olduğundan çıkış lojik-0 olur.
YÜKSEK seviye çıkış için, girişlerin aynı anda lojik-0 olması gerekir. Böylece NMOS’lar KESİMDE olurlar  ve PMOS’lar İLETİMDE olacaklarından yüksek seviye çıkış üretilir.
        “VEYA” işlemi NOR’un çıkışını değilleyerek elde edilir.

4007 ENTEGRESİ İLE VEYA KAPISI

NOR çıkışı girişlerin birlikte lojik-0 olduğu durumda yüksek seviye diğer durumlarda düşük seviye olur. Değillendikten sonra girişler  lojik-0 olduğunda düşük seviye diğer durumlarda düşük seviye üretir.
               VEYA Kapısı, Doğruluk Tablosu ve Çıkış Gerilimi         


21 Aralık 2012 Cuma

WİEN KÖPRÜ OSİLATÖRÜ



                                                      
   
 WİEN KÖPRÜ OSİLATÖRÜ

            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 programı yürütebilmesi 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 ‘ 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;

olur.
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.

8 Aralık 2012 Cumartesi

AHMET ÖZMEN

İLETİŞİM BİLGİLERİ
ahmet_25440@hotmail.com
 


Ahmet Özmen, Ahmet Özmen 25, ahmetözmen25, ahmetozmen25, Ahmet Özmen 25, Ahmet Özmen, Ahmet Özmen, ahmetözmen,