İŞLEMSEL YÜKSELTEÇLER – 2:
İşlemsel Yükselteç Devreleri:
1-Karşılaştırıcı (Comparator)
Aşağıdaki şekil bir "Karşılaştırıcı" dır. Devre basitleştirilmek
amacı ile besleme gerilimleri olmadan çizilmiştir.
Hatırlarsanız geçen ay ki yazıda ideal bir işlemsel yükseltecin
kazancının sonsuz olduğunu söylemiştim. Piyasada bulunan işlemsel
yükselteçlerin de kazançları hiç az değildir. Hele DC çalışmalarda
kazançları çok yüksek olur. Mesela yüz bin kazanç değeri bir
işlemsel yükseltecin iç kazancı olarak oldukça normaldir. Tabi ki
çalışma frekansı yükseldikçe bu kazanç değerleri de oldukça azalır.
İşlemsel yükseltecin kazancı çok yüksek olduğu için bir
karşılaştırıcı olarak tek başına kolaylıkla kullanılabilir.
Karşılaştırıcının girişleri e1 (+) ve e2 (-) olarak gösterilmiştir.
Karşılaştırıcının çalışması çok basittir. Örneğin e2 (+) girişi
sabit bir voltaj da olsun. Bu durumda e1 (-) uçtaki gerilim
değiştirildiğinde e3 çıkış gerilimi de değişir. Bu değişim e1
geriliminin yönü ile ters yönde olur. Yada e1 (-) ucundaki gerilim
sabit tutulup e2 (+) değiştirildiğinde çıkış e3 gerilimi e2 ile aynı
yönde değişir. Bunu bir örnek ile açıklamak istersek, e1 0V ve sabit
olsun yani şaseye bağlansın. e2 de 0V olduğu zaman çıkış e3 de 0V
lur. e2 0,01V yani e2 10mV olduğunda çıkış ucu e3 yaklaşık + besleme
gerilimine eşit olur. e2 -0,01V olduğunda yani -10mV olduğunda çıkış
gerilimi e3 işlemsel yükseltecin yaklaşık - besleme gerilimine eşit
olur.
Karşılaştırıcıların kazancı işlemsel yükseltecin kazancına
eşittir. Bu kazanca açık döngü kazancı "open loop gain" denir.
Aynı devrenin e2 ucuna bir referans gerilimi bağlarsak , örneğin
bu bir zener diyotla sağlanmış sabit bir gerilim olsun, e3 çıkış
gerilimi e1´e uygulanan gerilimin e2 en daha fazla artı olup
olmadığını gösterecektir.
Karşılaştırıcılar, yukarıdaki paragrafta da anlattığım gibi
seviye detektörü olarak, sayısaldan örneksele, örnekselden sayısala
yada zamanı gerilime çeviren devreler olarak yaygın biçimde
kullanılır.
2-Gerilim İzleyici (Voltage follower) yada tampon;
Aşağıdaki şekilde bir "Gerilim İzleyici" şekli görülmektedir.
Bu şekilden de görüldüğü gibi işlemsel yükseltecin çıkışı aynı
zamanda eksi girişe bağlanmıştır. Şimdi önce devrenin bir analizini
yapalım. Geçen aydan hatırlayacağınız gibi bir işlemsel yükseltecin
çıkış formülü
e3= A (e2 - e1) idi. Burada A işlemsel yükseltecin
kazancıdır. Gerilim izleyici için aynı formülü kullanırsak;
e3= A0 (e2 - e1)=e1 olur. Burada
A0, açık döngü kazancıdır.
Buradan e2 - e1= e1 / A0 yazılabilir.
e1 in 1V değiştiğini düşünelim. Bu değişiklik giriş uçları
arasında 1 / A0 lık bir değişim oluşturur. Yani;
(e1 + 1) / A0 = e2 - (e1 + 1)
Eğer A0 çok büyükse yada ideal işlemsel yükselteç deki gibi açık
döngü kazancının "sonsuz" olduğunu düşünürsek, o zaman;
e2 - e1 = e1 / A0
e2 - e1 = e1 / ¥
e2 - e1 =0 olur.
Yani giriş uçları arasında bir gerilim farkı olmaz. Yani e2 = e1
olur. e1 = e3 olduğuna göre, e2 ucuna uygulanan gerilim e3 olarak
çıkıştan alınır. Bu devrenin giriş gerilimi çıkış geriline eşit
olur. O zaman devrenin kazancı da " 1 " olur. (e1 = e2 =
e3)
"Bu ne biçim bir devre, giriş voltajı çıkış voltajına eşit. O
zaman kısa devre yapalım " diye düşünebilirsiniz. Acele etmeyin.
Birde giriş ve çıkış empedanslarına bakalım.
Giriş empedansı;
Giriş empedansını " Z " ile gösterelim. Örneğin çıkış voltajı 1V
ise ( yada giriş voltajı 1V ise)
e2 - e1= e1 / A0
e2 - 1= 1 / A0 oluyordu. O zaman;
e2 = ( 1 / A0 ) + 1 olur. Ohm kanununu kullanarak ve birazda
kısaltarak devrenin girişi üzerinden yada Z üzerinden akan akımı
yazarsak;
iZ = ( 1 / A0 ) /Z
iZ = 1/ (A0 x Z) olur.
Devrenin etken giriş empedansı;
Zet = e2 / iZ
Zet = (1 + 1 / A0 ) / ( 1 / A0 )
Zet = Z ( 1 + A0 ) olur..
İşlemsel yükselteçlerin kendi iç kazançlarının " open loop gain "
çok yüksek olduğunu söylemiştir. Yukarda ki formülden de
anlayacağınız gibi gerilim izleyicinin giriş empedansı yaklaşık
olarak işlemsel yükseltecin iç kazancı " open loop gain " ile iki
giriş ucu arasındaki empedansın çarpımı ile bulunur.Pratikte bu çok
yüksek bir değerdir.
Burada özel bir not ilave etmek istiyorum. Bu devrede olduğu gibi
devrenin ( işlemsel yükseltecin değil, devrenin tamamının) kazancını
biz tayin ediyorsak bu kazanca kapalı döngü kazancı "closed loop
gain" denir.
Gerilim izleyicinin üç özelliği, birim kazanç " unit gain" yani
kazancın " 1 " olması, giriş empedansının çok çok yüksek olması ve
çıkış empedansının da çok düşük olmasıdır. Bu özelliklerinden dolayı
girişlerine bağlanan devreyi hiç yüklemeden çıkışlarında giriş
gerilimine eşit ve istenilen düzeyde akım verilen devreler
yapılabilir. Örneğin güç kaynaklarının çıkış devrelerini buna bir
örnek olarak verebiliriz. Bir kullanım alanı olarak da çıkış
empedansı yüksek devreleri giriş empedansı düşük devrelere bağlamak
için kullanılır. Buna örnek olarak da her türlü yükselteç için çıkış
devreleri yada ön yükselteç ile çıkış güç devreleri arasındaki
"tampon" yükselteci söyleyebiliriz.
Önümüzdeki ay görüşmek üzere.. |