İŞLEMSEL YÜKSELTEÇLER – 1:
Bu ay yeni bir konuya başlıyorum. İşlemsel
Yükselteçler. İşlemsel Yükselteçler (Operational Amplifiers)
fonksiyonel olarak daha önceden biliniyor ve kullanılıyordu. Bu tür
yükselteçler bir takım transistör direnç kondansatör gibi
elemanlarla daha önceden yapılabiliyordu. Fakat pek çok devre
elemanı gerektirdiği için Tümleşik Devrelerin kolayca yapılabildiği
teknoloji elde edilene kadar çok gerekmedikçe pek kullanılmadı. Bu
elemanın temel görevi "iki girişi arasındaki gerilimin yada sinyalin
farkını alarak yani kendi içinde bir toplama/çıkartma işlemi
yaparak, elde ettiği değeri kendi kazancı kadar yükselterek çıkışa
vermektir.
Yukarıdaki tanımlamaya dikkat edilirse İşlemsel Yükselteç yada
op-amp iki temel parçadan oluşmaktadır. Birincisi iki girişi olan ve
bu iki girişin "farkını" alan bir devre, ikincisi de farkı alının
sinyali yükselten bir devre. Bunlardan ikincisine epeyce
incelediğimiz için geçiyoruz. Şimdi kısaca fark alan bölümü
inceleyelim.
Differantial "fark alan" Yükselteç:
Bu yükselteçlere Türkçe okunuş biçimi ile, yaygın olarak
"diferansiyel" yükselteç de denir. Aşağıdaki şekilde bir
diferansiyel yükselteç devresi görülmektedir.
Şekildeki bütün devre elemanları özdeştir. Dikkat edilirse
devrede iki adet güç kaynağı vardır. Devre yek güç kaynağı ile de
çalışabilir. Fakat transistörlerin beylerine ilave bayas dirençleri
gerektirir. Devrenin detaylı çalışma içimini bir kenara bırakıp
kısaca incelersek;
Devredeki iki giriş olan V1 ve V2 birbirine
eşit yada sıfır olursa, transistörlerden geçen akım birbirine eşit
olur. O zamanda çıkış voltajı Vo sıfır volt olur. Bu duruma devrenin
denge hali denir.
Devrenin giriş voltajlarını değiştirirsek, örneğin V2
sabit tutulup V1 değiştirilirse Vo da V1 ile
aynı yöne değişir. Bu nedenle V1 kaynağının bağlı
olduğu uca "non-invertnig" yada evirmeyen uç adı verilir. Eğer
V1 sabit tutulup V2 değiştirilirse Vo
V2 ye ters yönde değişir. Bu nedenle de V2 nin
bağlı olduğu uca "inverting" yada eviren uç adı verilir.
Peki her ikisi de değişirse ne olur derseniz, o zaman hangisinin
değeri daha yüksekse Vo, o yönde değişir.
İŞLEMSEL YÜKSELTEÇ:
Şimdi aşağıdaki devreyi inceleyelim.
Bu devrenin çıkış gerilimi
Bu devre aslında bir zayıflatıcıdır "attenuator" yada gerilim
bölücüdür. Zayıflatma oranı dirençlere bağlıdır. Yukarıdaki denklemi
Vi ye göre yazacak olursak;
Biçiminde olacaktır. Yani Vo voltajı direnlerin oluşturduğu
oranın Vi ile çarpımına eşit olacaktır. Bu denklem olarak olur gibi
görülse de gerçekte böyle bir şey olamaz. Vo en çok Vi kadar olur.
Fakat bu denklemi sağlayacak devre çok işimize yarayacaktır.
Dirençlerin oranını bize kazanç olarak sağlayacak devre gereklidir.
Yani bu devre zayıflatma yerine kazanç sağlamalıdır. Bu kazanç
dirençlere bağlı olup önceden hesaplanabilmelidir. Aşağıdaki devre
bize bu isteklerimizi sağlar.
Şekildeki üçgen sembol bir yükselteçtir. Biraz sonra göreceğimiz
gibi aslında bir işlemsel yükselteçtir. İşlemsel yükselteç aktif bir
devre elemanı olduğu için dışarıdan bir güç kaynağı ile beslenirler.
Bu güç kaynağı iki yada tek olabilir. Tek olduğu zaman işlemsel
yükseltecin giriş uçlarına baya sağlamak amacı ile direnç sayıları
ya dışarıdan arttırılır yada o işlemsel yükseltecin tek güç kaynağı
ile beslenebilme özelliği vardır.
İşlemsel Yükselteç adı örneksel (analog) bilgisayarlarda toplama,
çıkarma, tümleme (integral alma) ve türev alma (differantiational)
gibi matematiksel işlemleri yapan yükselteçleri isimlendirmek için
uydurulmuştur. (Günümüz bilgisayarları sayısal "digital" olup bu
işlemleri sayısal devrelerle yaparlar.) İşlemsel yükselteçler,
günümüzde elektroniğin her alanında kullanılmaktadır. Örneğin,
regülatörler, filitreler, her türlü yükselteçler, karşılaştırıcılar,
analog/digital - digital/analog çeviriciler gibi..
İdeal yada düşünsel İşlemsel Yükselteç:
Çoğu işlemsel yükselteç şekildeki gibi iki girişi ve bir çıkışı
olan DC bir yükselteçtir. (Güç kaynağı uçları burada
gösterilmemiştir.) Semboldeki uçların anlamı; negatif işaretli uca
eviren "inverting) uç denir. Bu uçtaki gerilim yükseldikçe çıkıştaki
gerilim azalır. Pozitif işaretli uca evirmeyen "non-inverting" adı
verilir. Bu uç daki gerilim yükseldikçe çıkış gerilimi de yükselir.
İdeal bir işlemsel yükseltecin özellikleri:
1- Kazancı sonsuzdur.
2- Bant genişliği sonsuzdur.
3- Çıkış empedansı sıfırdır.
4- Çıkış empedansı sıfır olduğu için sonsuz akım sürebilir.
5- Hem iki giriş arası hem de her girişle toprak arası empedans
sonsuzdur.
6- Voltaj kaldırma kapasitesi sonsuzdur. Yani her voltajda
çalışır.
7- Yukarıdakilerin hepsi her sıcaklıkta doğrudur.
Tabi ki böyle bir devre elemanı yapmak mümkün değildir. Fakat
işlemsel yükselteçli bir devre tasarlanırken yukarıda yazığım
özellikler kullanılır. İdeal olmayan özellikleri ayrıca göz önüne
alınır. Hatta bazen ideal olmayan özellikleri işimize bile yarar.
İşlemsel yükselteci idealden uzaklaştıran nedenler ve sonuçları
sonra anlatacağım.
Önümüzdeki aylarda devre hesaplamaları, örnekler, kullanım
biçimleri ile geniş bir yazı serisi olarak devam edeceğim.
Görüşmek üzere.. |