Analog Güç Yükselteçleri 182 GÜÇ (POWER) YÜKSELTEC İ KONU: 1. Transistörlü güç yükseltecinin analizi ve çalı şma karakteristiklerinin incelenmesi. GEREKL İ DONANIM: Osilaskop (Çift Kanallı) İşaret Üreteci (Signal Generator) DC Güç Kayna ğı Multimetre (Sayısal ve Analog) Transistör: BD135 veya 2N3055 veya Muadili Kondansatör: 1µF (Elektrolitik) Direnç: 47K ? Hoparlör: 8 ? ÖN BİLG İ: Yükselteçler; kullanım amaçlarına veya i şlevlerine göre çe şitli sınıflara ayrılırlar. Küçük sinyal, büyük sinyal, alçak frekans, yüksek frekans v.b gibi. Önceki bölümlerde alçak frekans alçak güçlü yükselteçlerin analizlerini yaptık. Güç yükselteçleri; i şlevsel olarak küçük sinyal yükselteçleri ile benzerlik gösterirler. Fakat çok daha yüksek akım ve gerilim de ğerlerinde çalı şırlar. Dolayısı ile güç yükselteçleri olarak tanımlanırlar. Güç yükselteçleri ses frekans tekni ğinde kullanıldı ğı gibi çe şitli endüstriyel uygulamalar da sıklıkla kullanılmaktadır. Uygulama alanlarına örnek olarak; role ve motor kontrol v.b uygulamaları sayabiliriz. Bu bölümde; bir güç yükseltecini endüstriyel bir uygulamadan ziyade ses frekans tekni ğinde kullanaca ğız. Böylece yükseltme i şlemini i şitsel olarak inceleyece ğiz. DENEY İN YAPILI ŞI: Yükseltecin temel i şlevini ö ğrenmek amacı ile önce yükselteç kullanmadan her hangi bir ses frekans i şaretinin hoparlör üzerindeki etkisini inceleyece ğiz. 1.1 Şekil-15.1'de ba ğlantıyı deney seti üzerine kurunuz. Ba şlangıçta devreye i şaret üretecini (Sinyal Genaratörü) ba ğlamayınız. 1.2 İşaret üretecinin çıkı ş genli ğini minimuma alınız. Frekansını ise 1KHz sinüsoydal olacak şekilde ayarlayınız. İşaret üretecinin DC offset de ğerinin 0V olmasına dikkat ediniz. 1.3 Elde etti ğiniz i şareti, şekil-15.1’deki gibi devrenin giri şine uygulayınız. İşaret üretecinin frekansı sabit kalmak ko şuluyla genli ğini maksimum olacak şekilde artırınız. Bu esnada hoparlörden elde etti ğiniz sesin şiddetine tanık olunuz. B ÖLÜM 7 183 + C1=1µF Hp1 HOPARLÖR 1Khz + 8 ? Sinüsoydal Vg İşaret Üreteci ~ Şekil-15.1 Bir hoparlörün do ğrudan sürülmesi Güç yükseltecin çalı şmasına ve i şlevine tanık olmak amacı ile şekil-15.2’de görülen yükselteç devresinden yararlanaca ğız. 1.4 Şekil-15.2’deki devreyi deney seti üzerine kurunuz. Ba şlangıçta i şaret üretecini devreye ba ğlamayınız. + C 1 =1µF Hp1 HOPARLÖR 1Khz + 8 ? Sinüsoydal Vg İşaret Üreteci ~ R B 47K ? Vcc=+12V Şekil-15.2 Bir hoparlörün güç yükselteci ile sürülmesi 1.5 İşaret üreteci devreye ba ğlı de ğilken yükseltecin polarma gerilimlerini ölçerek elde etti ğiniz de ğerleri tablo-15.1’deki ilgili yerlere kaydediniz. V CC V CQ V E V BE Tablo-15.2 Güç yükselteci devresinin Karakteristikleri 1.6 İşaret üretecinin çıkı ş genli ğini minimuma alınız. Frekansını ise 1KHz sinüsoydal olacak şekilde ayarlayınız. İşaret üretecinin DC offset de ğerinin 0V olmasına dikkat ediniz. 1.7 Elde etti ğiniz i şareti, şekil-15.2’deki gibi devrenin giri şine uygulayınız. İşaret üretecinin frekansı sabit kalmak ko şuluyla genli ğini maksimum olacak şekilde artırınız. Bu esnada hoparlörden elde etti ğiniz sesin şiddetine tanık olunuz. Güç yükseltecinin çalı şmasına tanık oldunuz. Neler söyleyebilirsiniz. Not ediniz. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 184 Pu ş-Pul Ba ğlantılı Yükselteçler KONULAR: 1. Pu ş-pul ba ğlantılı güç yükseltecinin çalı şma karakteristiklerini ve özelliklerini incelemek. GEREKL İ DONANIM: Güç Kayna ğı: ±12VDC Osilaskop (çift kanallı) İşaret Üreteci (Sig.Gen) Transistör: 2xBC108C, 2xBC177 veya muadilleri Diyot: 2x1N4007 Direnç: 2x22 ?, 100 ?, 2x220 ?, 2x470 ?, 2x22K ? Kondansatör: 10nF, 1µF ÖN BİLG İ: Yükselteçlerin ba ğlantı tiplerine göre sınıflandırıldıklarını ve 3 temel ba ğlantı tipi oldu ğunu önceki bölümlerde gördük. Yükselteçler genel olarak i şlevlerine göre; akım, gerilim ve güç yükselteci olarak da adlandırılırlar. Kullanım amacına ve i şlevine ba ğlı olarak ço ğu uygulamada birkaç farklı yükselteç devresi pe şpe şe ba ğlanarak birlikte kullanılabilir. Bu tür yükselteçlere kaskad yükselteçler denir. Ses frekans tekni ğinde kullanılan bir yükseltecin giri şinin bir mikrofondan olaca ğı, çıkı ş yükünün ise hoparlör olaca ğı açıktır. Dolayısıyla böyle bir yükselteç devresinde giri ş empedansının yüksek, çıkı ş empedansının ise alçak olması istenir. Maksimum güç transferi için bu durum gereklidir. Endüstriyel uygulamalarda kullanılan yükselteç devrelerinden ise farklı özellikler beklenir. Örne ğin, bir motorun sürülmesinde kullanılan yükselteç devresinin çıkı şı; hem yüksek gerilim hem de yüksek akım besleyebilmelidir. Güç yükselteçlerinin tasarımında önemli bir faktör ise verimleridir. Yükselteçler; verimleri baz alınarak çalı şma sınıflarına ayrılırlar. Bunlar; A sınıfı, B sınıfı, AB sınıfı ve C sınıfı çalı şma olarak adlandırılır. A sınıfı çalı şmada yükseltme i şlemi giri ş i şaretinin tüm periyodu boyunca yapılır. Dolayısı ile yükselteç devresinde kullanılan transistörler aktif bölgede çalı şır. Bu durumda yükseltecin dc besleme (polarma) gerilimleri devrede her zaman etkindirler ve güç harcamasını artırırlar. Bu tür yükselteçlerde verim dü şüktür. B sınıfı çalı şmada ise; yükseltme i şlemi giriş i şaretine ba ğlı olarak her bir alternans için ayrı ayrı yapılır. Dolayısıyla yükselteç giri şinde i şaret yokken güç harcaması minimumdur. Çünkü transistörlerin aktifle şmesinde giri ş ac i şaretlerinden yararlanılır. Bu bölümde özellikle ses frekans tekni ğinde sıkça kullanılan B sınıfı pu ş-pul yükselteç- lerin çalı şması analiz edilerek yükselteçlerin tanıtımlarına yeni bir boyut getirece ğiz. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 185 Şekil-17.1’de B sınıfı çalı şan pu ş-pul ba ğlantılı güç yükselteci devresinin şeması verilmi ştir. Devrede Q1 transistörü giri ş i şaretinin pozitif alternanslarını, Q2 transistörü ise negatif alternanslarını yükselterek çıkı şa aktarır. Çıkı şta RL yükü üzerinde giri ş i şareti yükseltilmi ş olarak alınır. Q1 Vg Vg t 0 Q2 +Vcc 0 t V 2 V 1 V 2 V 1 0 t R L I C1 I C1 I C2 I C2 t t I L I L t T 1 T 2 Şekil-17.1 Pu ş-pul yükselteç devresi Yükselteç giri şine giri ş i şareti uygulanmadı ğı sürece her iki transistörde kesimdedir. Dolayısıyla besleme kayna ğından güç sarfiyatı olmaz. Bu nedenle yükselteç devresinin verimi maksimumdur. Yükselteç devresinde; giri ş ve çıkı ş i şaretlerinde empedans uygunlu ğu sa ğlamak amacıyla transformatör kullanılmı ştır. Transformatör kullanmak uygun ve ekonomik bir çözüm de ğildir. Ayrıca yukarıdaki yükselteç devresi küçük genlikli giri ş i şaretleri için iyi sonuç vermez. Çünkü her bir transistörün iletime geçebilmesi için yakla şık 0.7V beyz-emiter ön gerilimine ihtiyacı vardır. Dolayısıyla giri ş i şaretinin her iki alternansının ilk 0.7V’luk dilimlerinde bir distorsiyon söz konusudur. Çıkı ş sinyalindeki bu bozulmaya “geçi ş distorsiyonu” veya “kros-over” denir. Ge şiç distorsiyonunu yok ederek transformatör kullanımını ortadan kaldıran ekonomik bir çözüm şekil-17.2’de verilen yükselteç devresidir. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 186 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 BC108 BC108 BC177 BC177 Vç Vg 22K ? 220 ? R 1 R 2 R 3 220 ? R 4 22K ? R 5 470 ? R 6 22 ? R 7 22 ? R 8 470 ? 10nF C 2 R L 100 ? Vcc=+12V Vee= --12V C 1 1µF D 1 D 2 1N4007 1N4007 Şekil-17.2 Komplementer simetrik pu ş-pul güç yükselteci Bu tür güç yükselteçleri, özellikle yüksek güç gerektiren ve kaliteli Hi-Fi yükselteçlerin tasarımında kullanılır. Çıkı şta yüksek güçler elde etmek için uygun transistörler seçilmeli ve so ğutucu ile kullanılmalıdır. Şekil-17.2’deki yükselteç devresi A-B sınıfı çalı şmaktadır. D1 ve D2 diyotları geçi ş distorsiyonlarını yok etmek amacıyla kullanılmı ştır. Çıkı ş ta empedans uygunlu ğunu sa ğlamak amacı ile Q2 ve Q3 transistörleri emiter izleyici olarak kullanılmı ştır. Devrenin dc polarma gerilimleri şaseye göre simetrik bir kaynaktan sa ğlanmı ştır. Bu durumda şase referans alınarak, giri ş i şaretinin pozitif ve negatif alternanslarının yükseltilebilmesini sa ğlamaktadır. Pu ş-pul ba ğlantı olarak adlandırılan bu tür yükselteçler, genellikle ses frekans yükselteçlerinin çıkı ş katlarında sıklıkla kullanılırlar. Bu tür çıkı ş katları, dü şük distorsiyon ve yüksek güçler elde etmek için idealdir. Pu ş-pul ba ğlantı ayrıca endüstriyel sistemler de sürücü yükselteç olarakda kullanılmaktadır. DENEY İN YAPILI ŞI: 1.1 Şekil-17.2'de verilen pu ş-pul yükselteç devresini deney seti üzerine kurunuz. Ba şlangıçta yükselteç giri şine i şaret üreteci ba ğlamayınız. 1.2 Yükselteç devresinin tablo-17.1’de belirtilen dc polarma gerilimlerini dc voltmetre ile ölçerek elde etti ğiniz sonuçları tablodaki ilgili yerlere kaydediniz. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 187 VCE(Q1) V CE(Q2) V CE(Q3) V CE(Q4) V D1 V D2 V R1 V R4 Tablo-17.1 Pu ş-pul yükselteç devresinde DC polarma gerilimleri 1.3 İşaret üretecinin çıkı ş genli ğini minimuma, frekansını ise 1KHz'e ayarlayarak yükselteç giri şine bir sinüs dalga uygulayınız. Yükselteç devresinin giri ş ve çıkı ş dalga biçimlerini incelemek için gerekli osilaskop ba ğlantılarını yapınız. 1.4 Giri ş i şaretinin frekansı 1KHz’de sabit kalmak ko şuluyla, genli ğini yükselteç çıkı şında maksimum distorsiyonsuz bir çıkı ş i şareti elde edinceye kadar artırınız. 1.5 Yükseltecin giri ş (Vg) ve çıkı ş (Vç) i şaretlerinin genli ğini osilaskop veya multimetre ile ölçerek sonuçlarınızı tablo-17.2'deki ilgili yerlere kaydediniz. 1.6 Giri ş i şareti ile çıkı ş i şareti arasında faz farkı ( ?) var mı?. Gerekli ölçümleri yaparak sonucu tablo-17.2’deki ilgili yere kaydediniz. 1.7 Yükseltecin gerilim kazancını elde etti ğiniz verilerden faydalanarak hesaplayınız. Sonucu tablodaki ilgili yerlere kaydediniz. Vg (t-t) Vç (t-t) G V G P ? Tablo-17.2 Pu ş-Pul yükselteç devresinin ac karakteristikleri ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan