ELEKTRONİK - II (2017 Güncellenmiş Baskı)
Yükselteçlerin AC Analizleri ve Uygulamaları
İşlemsel Yükselteçler ve Uygulamaları
Güç Kaynakları ve Regülâtörler
Bölüm Testleri ve Soruları
Cevap Anahtarları
MÜHENDİSLİK VE TEKNOLOJİ FAKÜLTELERİ
İÇİN HAZIRLANMIŞTIR
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin DEMİREL
Karabük Üniversitesi
2014
ÖNSÖZ
Elektronik, serbest elektronların hareketlerinin ve yönlerinin denetimini sağlayan bir bilim dalıdır. Yaşantımızın her kesiminde kendisini gösteren elektronik, bizlere kolaylık
sağlayan bir araçtır. Aynı zamanda elektronik hemen hemen bütün bilim dalları ile iç içe geçmiştir. Elektronik diğer bilim dallarını da kolaylaştırarak, onları daha cazip hale getirmektedir. Gündelik yaşantımızda da kullanmakta olduğumuz elektronik, bizlere daha kaliteli ve kolay bir hayat sunmaktadır. Çağımız teknoloji çağı olduğu için birçok işi elektronik vasıtasıyla yapmaktayız. Bu yüzden hayatımızı kolaylaştıran birçok şeyi elektrik ve elektroniğe borçluyuz. Durum böyleyken ülkemizde, elektronik ile ilgili Türkçe kaynaklara büyük ihtiyaç vardır. Bu tür kaynaklara ulaşmak isteyenler genellikle yabancı kitaplara yönelmek zorunda kalmaktadırlar. Bu sebeple meslekteki yirmi beş yıllık tecrübemi, elektronik alanında otorite olmuş yabancı kaynakları ve kısıtlı sayıda yerli kaynakları kullanarak bu kitabın hazırlanması için büyük bir çaba ve zaman sarf ettim. Bu kitaptan ne kadar çok öğrenci ve bu meslekle ilgilenen insan faydalanırsa o kadar emeklerimin bir anlamı olacaktır. Elektronik alanında ilerlemenin en iyi yolu okumak, düşünmek, tasarlamak ve uygulamaktır. Bu kitabın tüm bu faaliyetler için size yardımcı olacağı inancındayım. Kitabın her bölümünü dikkatlice okumanız, örnek problemleri adım adım takip etmeniz, konularla ilgili bölüm testlerini ve sorularını çözmeniz veya çözmeye çalışmanız, bu kitaptan beklenecek maksimum faydayı sağlayacaktır. Elektronik II ismini taşıyan bu kitap, Elektronik I isimli kitabın devamı niteliğindedir.
Bu kitapta bahsedilen bölümler, son derece anlaşılır ve sade bir dil kullanılarak sebep-sonuç ilişkisine önem verilerek hazırlanmıştır. Bu bölümler kısaca aşağıdaki gibi
1. Transistörlerin (BJT’lerin) AC Analizi: Bu bölümde iki kutuplu transistörlerin (BJT’lerin) AC analizi yapılmıştır. AC analiz kapsamında farklı polarma türlerine ait küçük sinyal yükselteçlerin AC özellikleri anlatılmıştır.
2. Güç Yükselteçleri: Bu bölümde yükselteçlerin çıkış katlarında kullanılan iki kutuplu transistörlü güç yükselteçleri (büyük sinyal yükselteçleri) anlatılmıştır. En çok kullanılan yükselteç sınıflarının özelliklerine değinilmiştir.
3. Transistörlü Yükselteç Uygulamaları: Bu bölümde iki kutuplu transistör kullanılarak gerçekleştirilen somut bazı yükselteç devreleri hakkında bilgi verilmiştir. Hatta benim üniversite birinci sınıfta tasarlamış olduğum projenin detayları verilmiştir.
4. Transistörlü Yükselteçlerin Frekans Cevabı: Bu bölümde çok düşük frekanslarda ve çok yüksek frekanslarda transistörlü yükselteçlerin frekans cevabı analiz edilmiştir. Bu frekanslarda kazancın nasıl düştüğü gösterilmiştir.
5. FET’lerin AC Analizi: Bu bölümde alan etkili transistörlerin (FET’lerin) AC analizi yapılmıştır. AC analiz kapsamında farklı polarma türlerine ait küçük sinyal yükselteçlerin AC özellikleri anlatılmıştır.
6. FET’lerin AC Uygulamaları: Bu bölümde FET’lerin bazı pratik AC uygulamaları hakkında bilgi verilmiştir. Özellikle FET’lerin giriş empedansının çok yüksek olmasından dolayı bazı uygulamalarda ön plana çıkmıştır.
7. FET’li Yükselteçlerin Frekans Cevabı: Bu bölümde çok düşük frekanslarda ve çok yüksek frekanslarda FET’li yükselteçlerin frekans cevabı analiz edilmiştir. Bu frekanslarda kazancın nasıl düştüğü gösterilmiştir.
8. Farksal (Diferansiyel) Yükselteçler: Bu bölümde işlemsel yükselteçlerin giriş katlarını oluşturan farksal yükselteçler hem DC hem de AC analizleri yapılarak detaylı bir şekilde anlatılmıştır.
9. İşlemsel Yükselteçler: Bu bölümde işlemsel yükselteçlerin temel bilgileri verilmiştir. İdeal işlemsel yükselteç özelliklerine, işlemsel yükselteç parametrelerine ve maksimum-minimum değerlere detaylı bir şekilde değinilmiştir.
10. Temel İşlemsel Yükselteç Devreleri: Bu bölümde işlemsel yükselteçlerin özelliklerinin somut bir şekilde gösterildiği temel uygulama devreleri anlatılmıştır.
11. Aktif Filtreler: Bu bölümde İşlemsel yükselteçlerin en önemli uygulamalarından birisi olan aktif filtreler ve çeşitleri, matematiksel analizlerle birlikte anlatılmıştır.
12. Enstrumantasyon Yükselteçleri: Bu bölümde özellikle tıp elektroniğinde sıklıkla kullanılan enstrumantasyon yükselteçleri, çeşitleri ve analizleri hakkında detaylı bilgiler verilmiştir
13. Osilatörler: Bu bölümde temel osilatör prensiplerinden bahsedilerek hemtransistörlü hem de işlemsel yükselteçli osilatör çeşitlerinden bahsedilmiştir.
14. Zamanlayıcılar: Bu bölümde zamanlayıcı olarak da anılan bir osilatör çeşidi olan ve özellikle dijital sistemlerde sıklıkla kullanılan 555’li kare dalga sinyal üreteçleri hakkında bilgi verilmiştir.
15. Güç Kaynakları: Bu bölümde güç kaynaklarının detayları hakkında bilgi verilmiştir. Özellikle transformatörler, doğrultucular ve filtreler üzerinde durulmuştur.
16. Gerilim Regülâtörleri: Bu bölümde güç kaynaklarının en son ünitesini oluşturan gerilim regülâtörleri ve çeşitleri detaylı bir şekilde anlatılmıştır. Bu kitap öncelikle mühendislik fakülteleri ve teknoloji fakültelerinde elektrik-elektronik mühendisliği, mekatronik mühendisliği, bilgisayar mühendisliği, elektronik-haberleşme mühendisliği bölümünde okutulan Elektronik II, Analog Elektronik ve İleri Elektronik derslerinin müfredatı göz önünde bulundurularak hazırlanmıştır. Kitabın hazırlanması esnasında her zaman yanımda olan, manevi desteklerini hiç esirgemeyen eşime, çocuklarıma ve tüm mesai arkadaşlarıma teşekkür ederim. Bu kitabı aileme, öğrencilerime, elektronik mesleğine gönül vermiş meslektaşlarıma ve elektronikle ilgilenen herkese ithaf ediyorum.
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin DEMİREL
Karabük Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
İÇİNDEKİLER
1. TRANSİSTÖRLERİN (BJT’LERİN) AC ANALİZİ 2
1.1. AC NOTASYONLAR 2
1.2. TEMEL TRANSİSTÖRLÜ YÜKSELTEÇ 2
1.3. TRANSİSTÖRÜN AC MODELLERİ 4
1.4. KÜÇÜK SİNYAL YÜKSELTEÇLERİ 8
1.5. SABİT POLARMALI YÜKSELTECİN AC ANALİZİ 8
1.6. GERİLİM POLARMALI YÜKSELTECİN AC ANALİZİ 12
1.7. ORTAK KOLLEKTÖR BAĞLANTILI YÜKSELTECİN AC ANALİZİ 17
1.8. ORTAK BEYZ BAĞLANTILI YÜKSELTECİN AC ANALİZİ 22
1.9. RL VE RS DİRENÇLERİNİN YÜKSELTEÇLERE ETKİLERİ 24
1.10. ÇOK KATLI YÜKSELTEÇLER 27
1.11. BÖLÜM TESTİ 30
1.12. BÖLÜM SORULARI 32
2. GÜÇ YÜKSELTEÇLERİ 42
2.1. GİRİŞ 42
2.2. A SINIFI YÜKSELTEÇLER 44
2.3. SERİ-SABİT POLARMALI A SINIFI YÜKSELTEÇLER 45
2.4. TRANSFORMATÖR KUPLAJLI A SINIFI YÜKSELTEÇLER 50
2.5. B VE AB SINIFI YÜKSELTEÇLER 57
2.6. B SINIFI PUSH-PULL ÇALIŞMA 57
2.7. DARLİNGTON AB SINIFI ÇALIŞAN YÜKSELTEÇ 63
2.8. C SINIFI YÜKSELTEÇLER 64
2.9. AKORTLU C SINIFI YÜKSELTEÇLER 66
2.10. BÖLÜM TESTİ 71
2.11. BÖLÜM SORULARI 73
3. TRANSİSTÖRLÜ YÜKSELTEÇ UYGULAMALARI 78
3.1. SES FREKANS ÖN-YÜKSELTECİ 78
3.2. SES FREKANS GÜÇ YÜKSELTECİ 79
3.3. SES FREKANS MİKSERİ 81
3.4. DİNAMİK MİKROFON İÇİN ÖN-YÜKSELTEÇ 83
3.5. SES MODÜLASYONLU IŞIK KAYNAĞI 84
3.6. 100 W’LIK MONO AMPLİFİKATÖR 85
3.7. BÖLÜM TESTİ 91
3.11. BÖLÜM SORULARI 92
4. TRANSİSTÖRLÜ YÜKSELTEÇLERİN FREKANS CEVABI 96
4.1. KUPLAJ KONDANSATÖRLERİNİN ETKİSİ 96
4
4.2. BAYPAS KONDANSATÖRLERİNİN ETKİSİ 96
4.3. TRANSİSTÖRLERİN İÇ KAPASİTELERİNİN ETKİSİ 97
4.4. MİLLER TEOREMİ 98
4.5. DESİBEL 100
4.6. DÜŞÜK FREKANSLARDA YÜKSELTEÇ CEVABI 102
4.7. YÜKSEK FREKANSLARDA YÜKSELTEÇ CEVABI 111
4.8. TÜM FREKANSLARDA YÜKSELTEÇ CEVABI 115
4.9. BÖLÜM TESTİ 116
4.10. BÖLÜM SORULARI 117
5. FET’LERİN AC ANALİZİ 120
5.1. FET’LERDE KÜÇÜK SİNYAL MODELİ 120
5.2. SABİT POLARMALI JFET BAĞLANTISI 122
5.3. KENDİNDEN POLARMALI JFET BAĞLANTISI 125
5.4. GERİLİM BÖLÜCÜ POLARMALI JFET BAĞLANTISI 129
5.5. SOURCE-İZLEYİCİLİ JFET BAĞLANTISI 131
5.6. ORTAK-GATE’Lİ JFET BAĞLANTISI 133
5.7. AZALTAN TİP MOSFET BAĞLANTISI 135
5.8. ÇOĞALTAN TİP MOSFET BAĞLANTISI 136
5.9. YÜK VE KAYNAK DİRENCİNİN KAZANCA ETKİSİ 138
5.10. BÖLÜM TESTİ 139
5.11. BÖLÜM SORULARI 141
6. FET’LERİN AC UYGULAMALARI 146
6.1. KASKAT BAĞLANTILI FET’Lİ YÜKSELTEÇ 146
6.2. AKTİF ANTEN DEVRESİ 147
6.3. ÜÇ KANALLI SES FREKANS MİKSERİ 148
6.4. ELEKTRONİK VOLTMETRE 150
6.5. SESSİZ ANAHTAR 151
6.6. BÖLÜM TESTİ 154
6.7. BÖLÜM SORULARI 155
7. FET’Lİ YÜKSELTEÇLERİN FREKANS CEVABI 158
7.1. KUPLAJ KONDANSATÖRLERİNİN ETKİSİ 158
7.2. BAYPAS KONDANSATÖRLERİNİN ETKİSİ 159
7.3. TRANSİSTÖRLERİN İÇ KAPASİTELERİNİN ETKİSİ 159
7.4. MİLLER TEOREMİ 160
7.5. JFET’Lİ YÜKSELTECİN ALÇAK FREKANS CEVABI 162
7.6. JFET’Lİ YÜKSELTECİN YÜKSEK FREKANS CEVABI 166
7.7. BÖLÜM TESTİ 170
7.8. BÖLÜM SORULARI 171
8. FARKSAL (DİFERANSİYEL) YÜKSELTEÇLER 175
8.1. TEMEL FARKSAL YÜKSELTEÇ 175
5
8.2. FARKSAL YÜKSELTECİN DC ANALİZİ 180
8.3. FARKSAL YÜKSELTECİN AC ANALİZİ 183
8.4. OP-AMP’IN GİRİŞ KARAKTERİSTİKLERİ 192
8.5. ORTAK-MOD KAZANCI 199
8.6. ORTAK-MOD REDDETME ORANI 200
8.7. YÜKLÜ FARKSAL YÜKSELTEÇLER 202
8.8. BÖLÜM TESTİ 204
8.9. BÖLÜM SORULARI 206
9. İŞLEMSEL YÜKSELTEÇLER 212
9.1. GİRİŞ 212
9.2. İŞLEMSEL YÜKSELTECİN BACAKLARI 212
9.3. ENTEGRE KILIFI KODLARI 213
9.4. İŞLEMSEL YÜKSELTEÇLERİN İÇ YAPISI 214
9.5. İŞLEMSEL YÜKSELTEÇLERİN SINIFLANDIRILMASI 215
9.6. İDEAL İŞLEMSEL YÜKSELTEÇ 217
9.7. OP-AMP’IN GİRİŞ SİNYAL MODLARI 221
9.8. İŞLEMSEL YÜKSELTEÇ PARAMETRELERİ 222
9.9. MİNİMUM VE MAKSİMUM DEĞERLER 227
9.10. BÖLÜM TESTİ 228
9.11. BÖLÜM SORULARI 230
10. TEMEL İŞLEMSEL YÜKSELTEÇ DEVRELERİ 234
10.1. NEGATİF GERİ BESLEME 234
10.2. EVİRMEYEN YÜKSELTEÇ 235
10.3. GERİLİM İZLEYİCİ 237
10.4. EVİREN YÜKSELTEÇ 237
10.5. GERİLİM KARŞILAŞTIRICI 239
10.6. TOPLAYICI YÜKSELTEÇ 241
10.7. ORTALAMA ALAN YÜKSELTEÇ 242
10.8. İNTEGRAL ALICI 243
10.9. TÜREV ALICI 245
10.10. ÇOK KATLI İŞLEMSEL YÜKSELTEÇ 247
10.11. BÖLÜM TESTİ 248
10.12. BÖLÜM SORULARI 250
11. AKTİF FİLTRELER 256
11.1. GİRİŞ 256
11.2. ALÇAK GEÇİREN AKTİF FİLTRE 256
11.3. YÜKSEK GEÇİREN AKTİF FİLTRE 260
11.4. BAND GEÇİREN AKTİF FİLTRE 263
11.5. BAND GEÇİRMEYEN AKTİF FİLTRE 266
11.6. BÖLÜM TESTİ 267
11.7. BÖLÜM SORULARI 268
6
12. ENSTRUMANTASYON YÜKSELTEÇLERİ 272
12.1. TEMEL FARKSAL YÜKSELTEÇ 272
12.2. ORTAK-MOD GERİLİM KAZANCI 274
12.3. ORTAK-MOD REDDETME ORANI (CMRR) 275
12.4. FARKSAL YÜKSELTEÇ İLE ÖLÇÜMLER 276
12.5. TEMEL ENSTRUMANTASYON YÜKSELTECİ 278
12.6. ÖZEL ENSTRUMANTASYON YÜKSELTECİ 281
12.7. BÖLÜM TESTİ 284
12.8. BÖLÜM SORULARI 285
13. OSİLATÖRLER 290
13.1. OSİLATÖR PRENSİPLERİ 290
13.2. RC OSİLATÖR 293
13.3. KOLPİTS OSİLATÖR 293
13.4. HARTLEY OSİLATÖR 298
13.5. KRİSTAL OSİLATÖR 299
13.6. WIEN-KÖPRÜ OSİLATÖRÜ 301
13.7. ÜÇGEN-DALGA OSİLATÖRÜ 304
13.8. KARE-DALGA RELAKZASYON OSİLATÖRÜ 306
13.9. BÖLÜM TESTİ 308
13.10. BÖLÜM SORULARI 310
14. ZAMANLAYICILAR 314
14.1. ZAMANLAYICININ ÇALIŞMASI 314
14.2. TEK-KARARLI ZAMANLAYICI 315
14.3. KARARSIZ ZAMANLAYICI 319
14.4. BÖLÜM TESTİ 328
14.5. BÖLÜM SORULARI 329
15. GÜÇ KAYNAKLARI 332
15.1. GİRİŞ 332
15.2. YÜK 334
15.3. ORTALAMA VE ETKİN DEĞERLER 335
15.4. TRANSFORMATÖRLER 342
15.5. YARIM-DALGA DOĞRULTUCULAR 346
15.6. ORTA-UÇLU TAM-DALGA DOĞRULTUCULAR 348
15.7. KÖPRÜ TİPİ TAM-DALGA DOĞRULTUCULAR 351
15.8. SİMETRİK TAM-DALGA DOĞRULTUCULAR 353
15.9. KONDANSATÖR FİLTRESİNİN TEMELLERİ 353
15.10. BASİT KONDANSATÖR FİLTRELERİ 354
15.11. RİPIL FAKTÖRÜ 357
15.12. RİPIL GERİLİMİ EŞİTLİĞİ (TAM DALGA İÇİN) 359
15.13. BÖLÜM TESTİ 362
15.14. BÖLÜM SORULARI 364
7
16. GERİLİM REGÜLÂTÖRLERİ 370
16.1. GİRİŞ 370
16.2. ZENER DİYOTLU REGÜLÂTÖRLER 372
16.3. GELİŞMİŞ REGÜLÂTÖRLERİN ÜNİTELERİ 374
16.4. TRANSİSTÖRLÜGERİLİM REGÜLÂTÖRLERİ 374
16.5. İŞLEMSEL YÜKSELTEÇLİ HATA YÜKSELTECİ 378
16.6. KISA DEVRE KORUMASI 381
16.7. AŞIRI GERİLİM KORUMASI 382
16.8. FOLDBACK AKIM SINIRLAMA 384
16.9. ENTEGRELİ REGÜLÂTÖRLER 386
16.10. ENTEGRELİ REGÜLÂTÖRLERİN UYGULAMALARI 393
16.11. BÖLÜM TESTİ 395
16.12. BÖLÜM SORULARI 397
CEVAP ANAHTARI 401
BÖLÜM TESTLERİNİN CEVAPLARI 401
BÖLÜM SORULARININ CEVAPLARI 403
KAYNAKLAR 406