İşaret İşleme Devreleri

İntegral Alıcı Devre:




Şimdiye kadar ele aldığımız giriş ve geri besleme elemanları dirençti. Geri besleme elemanı olarak şekildeki gibi kondansatör kullanılırsa, elde edilen devre bir integral alma devresi olur. İntegrasyon bir eğri altında kalan alanı veren bir hesaplama işlemidir. Zamana dayalı işlemlerin sonucunu verir. Örneğin, ivmenin integrali hız ve hızın integrali de yoldur. Birçok sistemde integral almaya gerek duyulur. Şekil a'da teorik bir devre gösterilmektedir. Şekil b'deki zahiri topraklı eşdeğer devre, eviren yükselteç devresindekine benzer bir analizle, C kapasitörü ve R direncinden geçen akım birbiriile uyuşmalıdır.
Öyleyse,
I1=I2 eşit olmalıdır.
I1= V1/R1 XC = 1/2 p FC I2 = VO/XC V1/R1 = (-)VO/ 1/2 p FCVO / V1 = -1/2 p FC1 R1
Bu ifade zaman domeninde aşağıdaki gibi tekrar yazılabilir.



Örneğin şekilde görülen giriş geriliminin integrali çıkıştaki gibi rampa veya doğrusal olarak değişen gerilimdir ve değeri;



Şekilde de görüldüğü gibi işaret (-) eksi girişten uygulandığı için çıkış gerilimi terslenmiştir.





Girişi şekildeki gibi (+) uca bağlarsak bu sefer devreyi ters çevirmeyen devre gibi düşününebiliriz.




Türev alma zamana bağlı olarak değişiklik gösteren sinyallerin anlık değişim oranını verir. Örneğin, yolun türevi hızı verir. Aynı şekilde hızın türevi de ivmedir. Şekilde teorik bir devre gösterilmektedir. Daha önceki bölümdekine benzer bir analizle aşağıdaki sonuç bulunabilir.
VO(t) = - RC x dV1/dt 'dir.
Pratikte kusursuz bir türev alıcı (differentiator) yüksek frekanslarda çok yüksek kazanç sağlayan, frekansla yükselen bir frekans yanıtına sahiptir. Bu durum devreyi yüksek frekanslı gürültüye çok yatkın kılacağı için istenmeyen bir şeydir.



Aşağıdaki devre bu nedenle yüksek frekans yanıtını sınırlandırmaktadır. Şekilde görülen türev alıcı, düşük frekanslarda teorik devrelerle aynı yanıtı veren R1/C1 ile oluşturulur. Yüksek frekanslarda ise R2 ve C2 kazancın düşmesine sebep olur. Direnç ve kapasitörler değerleri R1xC1 = R2xC2 olacak şekilde seçilir. Kazancın Max eriştiği ve düşmeye başladığı nokta f = 2pR1xC1 formülüyle bulunur. En yüksek kazanç R1/R2'dir ve yanıt şekilde gösterilmektedir.

Sıfır Geçiş Dedektörü



Şekildeki devre, aktif bir karşılaştırıcı devre ile türev devresinin birleşmesi ile elde edilmiştir. V'den girilen değişken işaret 0V (GND) seviyesiyle karşılaştırılıp aynı fazda çıkışa verilir. Dolayısıyla karşılaştırıcı çıkışında bir kare dalga elde edilir. Kare dalga bir işaretin türevi alındığında çıkışta V0(alfa) gibi bir işaret elde edilir. Bu işaret 0 geçiş noktalarında ± bir pikk oluşumuna neden olur. Bu nedenle bu devreye sıfır geçiş dedektörü denir. Çıkışa diyot bağlanarak sadece (+)'dan (-)'ye veya (-)'den (+)'ya geçişlerin alınması sağlanabilir.

Histerezis Devresi (Schmitt Tirigger)




Histerezis yavaşça değişen sinyalleri sayısal devrelerde kullanabilen keskin köşeli yeni sinyalere çevirmek için yaygın olarak kullanılır. Bunlar aynı zamanda şekil a ve b'de gösterildiği gibi histerezis (boşluk) etkisi gösterirler. Tetikleme noktaları, üst tetikleme noktası (UTP) ve alt tetikleme noktası (LTP) tarafından belirlenir. Histerezis etkisi bir boşluk formudur ve yavaşça değişen girişte gürültü varsa, çıkışta gürültüyü azalttığı için istenilen bir şeyir. Opamlı Schmitt Trigger devreleri (a) devre yanıtı, histerezis (b), histerezis etkisi (c), temel devre (d) zener diyotlarla ayarlanan tetikleme (trigger) noktalarıyla, Schmitt trigger.Şekil (c)'de işlem yükselticili Schmitt trigger devresi gösterilmektedir. Çıkış ya pozitif yada negatif olarak doymuş (saturated) durumdadır. Girişin UTP'nin üzerinde, çıkışın (-) Vcc'de olduğunu varsayarak ters çevirmeyen (+) giriş: -Vcc R2/R1+R2'dir.Bu LTP'dir. Vin, LTP'nin üzerinde olduğu sürece çıkışta değişiklik gözlenmez. Vin, LTP'nin altına düşerse çıkış kendisi gibi ters çevirmeyen girişi de yükseltmeye başlar. Pozitif geri besleme oluşur ve çıkış hızla +Vcc'ye ve ters çevirmeyen girişte:+ Vcc R2/R1+R2'ye yükselir.Bu ise UTP'dir ve Vin, UTP'nin üzerine yükselene kadar çıkış pozitif kalır.Şekil e'deki devrenin 0 V'un etrafında simetrik UTP ve LTP'si vardır. Asimetrik dönüşler veren birçok devre çeşidi de vardır. Örneğin şekil d aynı polaritede UTP ve LTP'ye sahiptir (ve devre tek bir kaynaktan beslenir).Birçok mantık devresinde Schmitt Trigger yongaları vardır, TTL 'lerde 7414 yada CMOS 4093 (schmitt girişli dörtlü NAND). Ama piyasad mevcut olan bu yongaların sabit dönüşüm noktaları ve sınırlı giriş gerilim aralığı vardır. İşlem yükselticisine bağlı Schmitt Trigger devreleri ise kullanıcıya, standart yongaların uygun olmadığı durumlarda devre tasarlama olanağı verirler. Şimdi gelin bir Schmitt Trigger devresinin zahiri toprak eşdeğerini çizip çalışmasını inceleyelim.




Devre aslında (-) tersleyen girişten verilen işaretin genliğiyle (+) terslemeyen girişteki işaretin genliğini karşılaştıran bir karşılaştırıcıdır. R2 ve R1 direnciyle Vo gerilimi bölünüp (+) terslemeyen girişe uygulanır. V2 (+) terslsmeyen giriş voltajı R2 direnci üzerindeki gerilime eşittir. Yani V2 gerilim pozitif geri besleme yapılarak V1 ile karşılaştırılmıştır.


Rampa Devresi



Rampa devresi
Çıkışı sabit oranda değişen bir devre gösterilmiştir. Çıkış gerilimi, giriş gerilimini ters çevrilmiş (inverted) olarak kakip etmektedir fakat değişim oranı sabitlenmiştir. Bu tür devreler, örneğin elektrik motorlarında aşımayı azaltmak için hızlanmayı sınırlandırmakta kullanılır. Yükseltici 1, Vo, Vi ile karşılaştıran bir karşılaştırıcı gibi çalışır. Vo, Vi'e eşit değilse yükseltici çıkışı pozitif yada negatif sabit bir değer alacak şekilde doyuma (saturation) ulaşır.Yükseltici 2, bir integratördür ve yükseltici 1'in çıkışının integralini alır. Yükseltici 1'in çıkışı pozitif ise Vo negatif rampa yapar. R ve C değerleri rampa oranını belirlerler. Aynı şekilde eğer yükseltici 1'in çıkışı negatif ise Vo sabit bir oranda pozitif rampa yapar. Eğer Vi değişirse, Vo tekrar Vi'e eşit oluncaya kadar gereken yönde sabit bir oranda rampa yapar. Devrenin hareketi şekil b'de gösterilmiştir. Giriş ve çıkış eşit olduğu zaman yükseltici 1'in çıkışı nominal olarak 0'dır. Fakat pratikte bu rastgele olur ve çıkışı etkilemez.

Tepe Tutucu Devre



Tepe tutucu devreler, sinyalin en üst değerde tutulması için kullanılır. Vi-Vo'dan büyükse, karşılaştırıcı olarak çalışan yükseltici 1'in çıkışı pozitife döner ve Vo, Vi ile eşitleninceye kadar C'yi şarj eder. Vi tekrar düştükçe, gerilim kapasitörde tutulur ve Vi değeri Vo'nun altına düşünce yükseltici 1'in çıkışı negatife döner . Diyot geri besleme koruması sağladığı için kapasitörün boşalabileceği bir yer yoktur (normalde FET yükselticisi olan yükseltici 2'nin yüksek giriş empedansı hariç). Sonuç olarak çıkış gerilimi Vi'nin en yüksek değerinde tutulur. Diyot ters çevrilirse çıkış gerilimi Vi'nin en düşük değerini alır (negatif tepe tutucu).

Pencere Dedektörü




Pencere dedektörü belirli iki değer arasında bir karşılaştırma işlemi yapan ve diyotlarla oluşturulan veya devresi sayesinde bize bildirebilen bir karşılaştırıcıdır. Vin gerilim bölücüler tarafından belirlenen iki değeri aştığı zaman karşılaştırıcı çıkışları (+) Vmax değerine ulaşır ve çıkış (Vo2) +5 V olur. (-) max seviyesine bu iki değer arasında ulaşılır ve Vo2 çıkış gerilimi bu durumda 0 V olur.

Doğrultucu devreleri
Basit diyot-direnç tipi doğrultucu devreler 0.7V’dan küçük genlikli işaretleri doğrultamazlar. Bunun için diyotları işlemsel kuvvetlendiricilerle birlikte kullanarak küçük genlikli işaretleri de doğrultmak mümkün olur.

Tek Yollu Doğrultucu
Tek yollu doğrultucu devresi , Şekil de gösterilmektedir. Giriş işaretinin negatif kısımları geçirilmez.



Tek yollu doğrultucu devresi ve giriş çıkış öz eğrisiÇeşitli Vi gerilim değerleri için çıkışın nasıl olacağı aşağıda gösterilmiştir.
  1. Vi < 0 için D1 kesimde ve D2 iletimdedir. Devre , Şekil 1.6’da verilen evirici durumuna gelir ve Vo = -Vi olur.
  2. Vi > 0 için D1 iletir ve D2 kesimdedir, V0=0 olur.
Çift Yollu Doğrultucu
Giriş işaretinin pozitif kısımlarını olduğu gibi , negatif kısımlarını ise işaretini değiştirerek çıkışta oluşturan çift yollu doğrultucu devresi Şekil 1.19’da verilmiştir. Aynı şekil üzerinde aşağıda verilen açıklamalar doğrultusunda çift yollu doğrultucunun giriş-çıkış öz eğrisi verilmiştir.
  1. Vİ >0 iken D2 ve D3iletir, D1 ve D4 kesimdedir. Evirmeyen kuvvetlendirici durumunda olan A1 kuvvetlendiricisinin kazancı,
dir.A2 kuvvetlendiricisinin ise D4 kesimde olduğundan çıkışa etkisi yoktur. O halde V0 çıkış gerilimi ,olur.
  1. Vİ < 0 iken D1 ve D4 iletir, D2 ve D3 kesimdedir.A1 kuvvetlendiricisi lineer çalışma bölgesinde olup her iki girişi de aynı Vİ gerilimindedir.A2 kuvvetlendiricisi ise evirici durumundadır. O halde V0 çıkış gerilimi, (R=R1+R2 için ),
olur Bu eşitlikler birleştirilecek olursa V0 çıkış gerilimi için,yazılabilir. X,A1 kuvvetlendiricisinin geri besleme elemanı olan potansiyometrenin bölme oranı olup şartını sağlar, yani dir. O halde çıkış gerilimi,çıkış geriliminin mutlak değerinin (1/X) defa kuvvetlendirilmiş şeklidir ve bu kuvvetlendirme potansiyometre yardımı ile ayarlanabilmektedir.



Şekil de Çift yollu doğrultucu devresi giriş-çıkış öz eğrisi

Kırpıcı devresi:



Kırpıcı devresi ve çıkış geriliminin giriş gerilimi ile karşılaştırılmış şekli şekilde verilmiştir.Kırpıcı devresi ve giriş/ çıkış gerilim öz eğrisiŞekil deki gerilim değişimlerinin açıklayıcı olarak aşağıda belirtilen durumlar söz konusu olur. Burada VR referans doğru gerilimidir. a) Vİ < VR ise D iletimdedir ve kuvvetlendirici izleyici durumundadır, V0=VR olur.b) Vİ > VR ise D kesimdedir , kuvvetlendiricinin çıkış ile ilişkisi kesilir, R direncinden akım çekilmiyorsa V0 =Vİ olur.Sonuç olarak bu şekli ile kırpıcı devre , giriş işaretinin belli bir VR referans seviyesine altında kalan kısmını geçirmemektedir yani giriş işareti alttan kırpılmaktadır. D diyodu ters konursa bu sefer giriş işareti , VR seviyesinde üstten kırpılır.

Aralık
Karşılaştırıcı
Bu tür bir karşılaştırıcı , Vi giriş işaretinin seçilen iki karşılaştırma seviyesi içinde olup olmadığını bildirir . Bu iş , iki karşılaştırıcı ve bir lojik devre ile gerçeklenebilir. Bu tür bir karşılaştırıcının giriş-çıkış öz eğrisi şekil de verilmiştir. Karşılaştırma işleminde aralık ortası Vr gerilimi ile ve aralık genişliği ise
D V gerilimi ile birbirinden bağımsız olarak ayarlanabilmektedir.



Aralık karşılaştırıcı devresiD3 ve D4 diyotlarının bulunmadığını düşünerek şekil de devresi verilen aralık karşılaştırıcısını inceleyecek olursak , Vİ giriş işaretinin çeşitli değerleri için çıkışın ne değerler alacağını aşağıda açıklanan şekilde bulabiliriz

a ) Vi + Vr < 0, yani Vi < -Vr ise D2 iletir, D1 kesimdedir.A1 kuvvetlendiricisi çıkışı sıfır olur.V1 gerilimi de sıfırdır.
    1. V1 + Vr + D V <0 ise (yani V1 < -Vr -D V ise ) V0 çıkışı + Vk geriliminde doyar.
    2. V1 > -Vr -D V için V0 çıkışı –Vk geriliminde doyar.
b) Vi + Vr > 0, yani Vi >–Vr ise D1 iletir, D2 kesimdedir, olur. Bu durumda A2 kuvvetlendiricisi için aşağıdaki durumlar söz konusu olur.

İ) yani
ise V0 çıkışı –VK olur.

İİ) ise V0 çıkışı VK olur.



Aralık karşılaştırıcısının giriş-çıkış öz eğrisiBütün bu sonuçlar, Şekil ’de aralık karşılaştırıcısının giriş-çıkış öz eğrisi olarak özetlenmiştir.D3 ve D4 diyotları bir sınırlayıcı (limitör) görevi görmektedir. İletimde, diyot uçlarında düşen gerilimi kabaca 0 V olarak alırsak V0 çıkışı Vk = 15 V’a gitmeye çalışırken D3 diyodu iletecek ve V3 gerilimi sıfır olacaktır. Bu durumda V0 çıkış gerilimi de 5V’un üstüne çıkamaz yani 5V’da sınırlanır. Tersine V0 gerilimi,-Vk = -15V’a gitmeye çalışırken bu sefer de D4 diyodu nedeniyle –5V’da sınırlanır. Çıkışta bulunan R1,R2,R3,R4 gerilim bölücülerin değerleri değiştirilerek V0 çıkış gerilimini istenen gerilim değerlerinde sınırlamak mümkündür. [Submitted by [ u H u R u ]®]



Makale No: 38|Yorum Oku/Yaz:| Tarih: 13 Oct 06 | Yayinlayan :Yasin Çağan | Gönder | yazdırYazdır |  Bu haber öğesinin pdf dökümanını oluşturKaydet   
e107 CMS sistemi kulanılarak yapılmıştır ve yayınlanan materyaller GNU Genel Kamu Lisansı ile korunmaktadır.

Theme created by Free-Source.net
Tarama süresi :0.1656saniye,0.0651bu sorgu için.VT sorguları :26. Bellek Kullanımı :2,187kb