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.

2.2.Tıransistörlü  Devrenin  Çalışması
    Aslında bir RC köprü devresi ile iki aşamalı bir amplifikatör. RC köprü devresi (Wien köprü) bir kurşun-lag ağıdır. Ağ üzerinden phase'-shift frekans arttıkça gecikme ve frekans azaldıkça yol açar. Wien-Bridge geribildirim ağı ekleyerek, osilatör yalnızca belirli bir frekansta sinyal duyarlı hale gelir. Bu özel frekans Wien köprü dengeli olduğu ve hangi faz kayması 0 ° hangi olmasıdır. Wien-Bridge geribildirim ağı istihdam ve değilse transistör Q çıkışı 2 Q transistör fedback olan 1 salınımlar üretmek için gerekli rejenerasyonu sağlamak için , transistör Q 1 geniş bir frekans aralığında sinyalleri yükseltmek ve böylece doğrudan bağlantı zayıf frekans kararlılığı neden olacaktır. Böylece Wien-Bridge geribildirim kullanılarak ağ frekans kararlılığı artar.
Köprü devresinde R 1 C ile seri olarak 1, R 3 , R 4 ve R 2 C ile paralel olarak 2 formu dört kolu.

    Bu köprü devresi yoluyla amplifikatörün faz farkı sıfır olması şartıyla, bir osilatör için geri besleme ağ olarak kullanılabilir. Şekilde gösterildiği gibi, bu durumun koşulu, iki aşamalı bir amplifikatör kullanılarak elde edilir.Bu düzenlemede, ikinci evre çıkış ağ geri besleme geri beslenir ve paralel bir kombinasyonu C üzerindeki gerilim 2 R 2 , ilk aşamanın girişine verilir. Transistör Q 1 transistörü Q ise bir osilatör ve yükselteç olarak hizmet veren 2 invertör 180 ° faz kayması neden olarak. Devre, pozitif ve negatif geri bildirim kullanır.Olumlu geribildirim R aracılığıyla 1 C 1 R 2 , C 2 transistör için Q 1 ve geri besleme negatif transistörün girişi Q gerilim bölücü geçer 1 . Dirençleri R 3 ve R 4 çıkış amplitüd stabilize etmek için kullanılır.

    Iki transistör Q 1 ve Q 2 nedenle 360 ° toplam faz kayması neden ve uygun olumlu geribildirim sağlamak.Negatif geri bir frekans aralığı üzerinden sabit çıkış sağlamak üzere devresi temin edilmektedir. Bu direnç R alınması sağlanır 4 direnci akımı içinde artması ile, bir ısıya duyarlı lamba, formunda. Durumda çıkış genliği, artırmak için daha güncel daha negatif geribildirim sağlayacaktır eğilimindedir. Böylece çıkış özgün değerine yeniden kazandı. Çıkış düşme eğilimi durumda ters bir eylem gerçekleştirilecek.
                                                                                                               
                              3.DENEYİN YAPILIŞI
3.1.Kullanılan   Araç  ve  Gereçler
·       DİRENÇ(1K,2.7K,3.3K,4.7K,10K,12K,15K,22K,24K,27K,39K)
·       POT-HG(1K,5K,10K)
·       TRANSİSTÖR(BC546)
·       OP-AMP(UA741)
·       KONDANSATÖR(10nF, 0.033uF,10uF,1uF)
·       DİYOT(1N914)

3.2.OP-AMP’lı Devre Şeması



                                                                               
                         3.3OP-AMP’lı Devrenin Çalışması
    Devremizde C1, R4 seri RC devresi ve C2, R5 paralel RC devresi WİEN KÖPRÜSÜNÜ oluşturmaktadır. Bu kısım aynı zamanda osilatörün REZONANS kısmıdır. Rezonans kısmı çıkış sinyalimizin frekansını belirlemektedir. Buradan Op-Amp’ın faz çevirmeyen (+) girişiyle POZİTİF GERİ BESLEME sağlanmıştır. Faz kaydırma olmadığı için (+) ucuna bağlanmıştır.
    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.
    Devrede R1,R2,R3,RV1 dirençleri OP-AMP’ın yükseltme katsayısını belirleyen elemanlardır. OP-AMP ve bu dirençler YÜKSELTEÇ kısmıdır. İyi bir yükseltme yapmak için RV1 direncini 2 katı olacak şekilde R1,R2 ve R3 seçilmeli. D1 ve D2 diyotları tıkamada iken (gelen sinyalin genliği çok küçükken) R3 ve R1 seri eşdeğeri alınır. İletime  (genlikleri yüksek ise) geçince R2 ve R3 dirençlerin paralel eşdeğeri alınır. Bu sayede en yüksek kazanç sağlamış oluruz.  RV1 ayarlı direnci OP-AMP ‘ın kazancını ayarlar. Bu sayede sinyalde kırpılmaların önüne geçilmiş oluruz.
   Devrenin çıkışında bulunan gerilim bölücü R6,R7 ve RV2 dirençleri sayesinde çıkıştan istenilen genlikte sinyal elde etmemizi sağlamaktadır.
Wien köprüsüyle oluşan frekanslı küçük sinyal , pozitif geri beslemeyle devamlılık sağlanmıştır. OP-AMP ve dirençlerle bu küçük sinyal yükseltilmiştir. Ayarlı dirençler sayesinde istenilen genlikte ve düzgün bir sinüs veya kare dalga elde edilmiştir.


                            3.4.OP-AMP’lı Devrenin Sonuçları



                                                                                                     
 R=R4=R5=15k Ω
 C=C1=C2=10nF




   Devrede düzgün bir sinüs elde etmek için ayarlı direnci kullandığımızdan frekansta değişmeler olmuştur. F=1kHz den 1.3kHz kadar sinüs dalgası oluşmuştur en verimlisi F=1.063kHz de yakalandı.


  
                           
F=1.3kHz den 1.6kHz arasında kare dalga üretildi. En verimlisi ise F=1.515kHz de oluştu.

                          3.5.Transistörlü  Devre  Şeması


                                                                                           

NOT: proteus çizimlerinin çalışması için pot-hg (ayarlı dirençleri) son değerine veya ilk değerine alarak hareket ettiriniz.

                         3.6.Transistörlü  Devrenin  Çalışması
    Devremizde C3, R4 seri RC devresi ve C4, R8 paralel RC devresi WİEN KÖPRÜSÜNÜ oluşturmaktadır. Bu kısım aynı zamanda osilatörün REZONANS kısmıdır. Rezonans kısmı çıkış sinyalimizin frekansını belirlemektedir. 
   R4,C3 ve Q2’nin kollektörü arasında POZİTİF GERİ BESLEME yapılır. Pozitif  geri beslemenin nedeni Q1 transistörünün 180 derece faz kaydırması ve ikinci kattaki Q2 transistörününde 180 derece faz kaydırmasıdır. Bu sebepten  Q2 den alına çıkışın toplamda 360 derece olduğundan faz kayması “0” lanmıştır.
   Q1 ve Q2 transistörleri osilatör devresinin YÜKLELTEÇ kısmını oluşturur. RV1 ile en verimli yükseltme oranı yakalanır. Devredeki diğer dirençler Q1 ve Q2 transistörleri için en verimli çalışma alanını sağlar.
     Wien köprüsüyle oluşan frekanslı küçük sinyal , pozitif geri beslemeyle devamlılığı  sağlanmıştır. Transistörler ile bu sinyal yükseltilmiştir. Ayarlı dirençle düzeltilerek çıkışa verilmiştir.
                     3.7.Transistörlü  Devrenin  Sonuçları





R=R4=R8=4.7kΩ
C=C3=C4=0.033uF

Geri beslemenin R4 ve C3 arasından olması ve düzenli bir sinüs için ayarlı direncin kullanılması çıkış frekansında değişmelere sebep olmuştur.


                 4.SONUÇLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ
  Osilatör devreleri  REZONANS , YÜKSELTEÇ ve GERİ BESLEME kısımlarından oluşmaktadır. Rezonans devresi olarak WİEN KÖPRÜSÜNÜ nü kullandık. Wien köprüsünün faz farkı oluşturmadığını ve seçilen R ve C değerlerine göre frekansı belirlediğini görüldü. Faz farkı oluşmaması için POZİTİF geri besleme kullanıldı. Yükselteç kısmı olarak OP-AMP ve TRANSİSTÖR kullanıldı. Çift katlı ortak emetörlü  transistörler  ile faz farkı “0” landı, OP-AMP’ ın  geri beslemesi evirmeyen ucundan alınarak faz farkı önlendi. Yükselteçleri kutuplayan dirençlerin iyi seçilmesi sinyalin iyi oluşmasını sağladı.
FATİH YAVİLİOĞLU VE SEZER KEMENT E TEŞEKKÜR EDERİM-->

NOT: proteus çizimlerinin çalışması için pot-hg (ayarlı dirençleri) son değerine veya ilk değerine alarak hareket ettiriniz.

Hiç yorum yok:

Yorum Gönderme