ADIYAMAN ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ ELEKTRĠK-ELEKTRONĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ DEVRE ANALĠZĠ LABORATUVARI-II DENEY RAPORU

Transkript

1 ADIYAMAN ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ ELEKTRĠK-ELEKTRONĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ DEVRE ANALĠZĠ LABORATUVARI-II DENEY RAPORU DENEY NO : DENEYĠN ADI : DENEY TARĠHĠ : DENEYĠ YAPANLAR : RAPORU HAZIRLAYANIN ġube NOSU : ÖĞRENCĠ NOSU : ADI VE SOYADI : RAPOR TESLĠM TARĠHĠ : ĠMZASI :

2 DENEY-8 PASİF FİLTRE DEVRELERİ 1. DENEYİN AMACI Pasif filtre devrelerinin analizi ve ölçülmesi. Kullanılan Alet ve Malzemeler: 1. Osiloskop 2. Sinyal jeneratörü 3. Çeşitli değerlerde direnç, kondansatör ve bağlantı kabloları 2. TEORİK BİLGİ Bir sinyal bir noktadan başka bir noktaya iletilirken bir çok işlemden geçebilir.bu sinyal kimi zaman kat kat amplifikasyona tabi tutulur kimi zamanda zayıflamalara uğrar. Bu iletişim hattı üzerinde bulunan katların (amplifikatörler, filtreler, kablolar vs.) bir kazançları ve kayıpları vardır. Bu kazanç ve kayıplar Desibel (db) ile ifade edilir. Desibel iki güç arasındaki oranın logaritmik ifadesidir. Daha belirgin bir ifadeyle çıkış gücünün giriş gücüne oranının 10 tabanına göre logaritmasının 10 ile çarpımıdır. Bir amplifikatörün giriģine 50 W uyguladığımızda çıkıģından 250W güç alırsak kazancımız: Gain ( db ) =10xlog 250/50 =10xlog 5 =10x0.698 =7 db kazanç olur. ġayet bir filtremizin giriģine 50 W uyguladığımızda çıkıģından 45W güç alıyorsak kaybımız: Gain ( db ) =10xlog 45/50 =10xlog 0.9 =10x0.045 = db kayıp olur. Buraya kadar güç kazancı ve güç kaybını inceledik. Ayrıca AC devrelerde gerilim ve akım kazancı ve kaybı söz konusudur. Bir devrenin çıkıģ geriliminin giriģ gerilime oranının 10 tabanınına göre Logaritmasının 20 ile çarpımı gerilim kazancı ve kaybını belirler. ÇıkıĢ direncinin giriģ direncine eģit olması durumunda: veya diğer bir deyiģle; G v Pç 10log P g V 10log V 2 ç 2 g / R i / R i V 10log V ç g 2 Vç 20log Vg

3 Filtre devreleri; belirli frekans aralığını geçirmek, diğer frekans aralıklarını ise söndürmek yada zayıflatmak amacıyla tasarlanan devrelerdir. Bir filtre devresi, zaman değişkenli bir voltajı düzeltmek veya yok etmek için kullanılabilir. Örneğin, radyolar genellikle 50 Hz AC gerilimi ile beslenirler. AC gerilimi doğrultucu bir devre kullanılarak DC ye çevrilir. Ancak doğrultma işleminden sonra gerilim hala 50 Hz li küçük AC bileşenlerini içerecektir. Bunların süzülmeleri gerekir. Bu 50 Hz dalgacıklarını, yükseltecek olan ses sinyallerinden çok daha küçük bir değere indirgenmeleri gerekmektedir. Süzme işlemi yapılmazsa, sonuçta elde edilen ses sinyali 50 Hz de rahatsız edici bir uğultu içerir. Eğer tasarlanan filtre devresi; RLC elemanlarından oluyor ise pasif filtre; Transistör, op-amp gibi aktif elemanlardan oluşuyor ise aktif filtre adını alır. Frekans cevaplarına göre dört tip filtre devresi mevcuttur. Alçak geçiren filtre (Low Pass) Yüksek geçiren filtre (High Pass) Bant geçiren filtre (Band Pass) Bant durduran(söndüren) filtre (Notch Filters) Belirtilen dört tip filtrenin frekans tepkileri (cevapları) Şekil 1 de ayrıntılı olarak çizilmiştir. Örneğin alçak geçiren filtre, belirlenen bir frekansın altındaki frekansları geçiren, üstündekileri ise zayıflatan bir devredir. Belirlenen bu frekans değerine Köşe frekansı olarak adlandırılır ve Fc ile ifade edilir. denir. Fc, aynı zamanda; frekansı, -3dB frekansı veya kesim frekansı olarak da isimlendirilir. Alçak geçiren filtre devresinde köşe frekansına kadar çıkış gerilim (Vo) sabittir ve zayıflama yoktur. Köşe frekansı değerinden sonra çıkış işareti belirli bir eğimle zayıflar. Bu durum (gerçek durum) Şekil 1 deki karakteristikte kesik(koyu) çizgi ile gösterilmiştir. Düz çizgi ise ideal filtreyi temsil etmektedir Şekil 1. Filtrelerin frekans tepkileri 3. ALÇAK GEÇİREN-YÜKSEK GEÇİREN FİLTRELER 3.1. RC Filtreler RC filtreleri kolay gerçekleģtirilen devreler olup, alçak geçiren veya yüksek geçiren filtre olarak tasarlanabilirler. Devrede çıkıģ kondansatör üzerinden alınırsa devre alçak geçiren, devrede çıkıģ direnç üzerinde alınırsa devre yüksek geçiren filtre devresi olur. Çok yüksek frekanslarda kondansatörün reaktansı 0 (sıfır) olurken, çok düşük frekanslarda ise, örneğin f=0 Hz de, (sonsuz) olacaktır (Şekil 2).

4 (a) (b) (c) Şekil 2. (a) Temel RC devresi, (b) Çok yüksek frekanslarda yaklaşık eşdeğer, (c) Çok düşük frekanslarda yaklaşık eşdeğer RL Filtreler RL devreleri de filtre olarak kullanılabilir. Bunlarda, yüksek-frekans filtreleri için çıkıģ olarak reaktif eleman, düģük-frekans filtreleri için çıkıģ olarak direnç kullanılır. Bu filtrelerin davranıģları RC devrelerinin tam tersidir. Şekil 3. RC ve RL li alçak geçiren filtreler Şekil 4. RC ve RL li yüksek geçiren filtre 4. BANT GEÇİREN-BANT DURDURAN FİLTRELER Bant geçiren filtre belirli frekans aralıkları geçirmek için yapılan filtrelerdir. Bunun için bir yüksek geçiren filtre ve alçak geçiren filtre art arda bağlanmalıdır. Alçak geçiren filtrenin kesim frekansı, yüksek geçiren filtreninkinden büyük seçilmelidir. AĢağıdaki Ģekilden de anlaģıldığı gibi önce yüksek geçiren filtre alçak frekansları f1 frekansına kadar geçiģini engelliyor. Rezonans frekansından sonra ise alçak geçiren filtre devreye giriyor ve f2 ye kadar ki sinyalin geçiģine izin veriyor. Daha yüksek frekanslı sinyalleri ise geçirmiyor. Şekil 5. Art arda bağlı bant geçiren filtre

5 Bant geçiren filtre paralel rezonans devresiyle de yapılabilir. Çünkü rezonans devreleri rezonans frekansı ve civarında yüksek empedansa sahip olur ve bu da sadece belirli frekans aralıklarının geçiģine izin verir. AĢağıda bant geçiren paralel rezonans devresi görülmektedir. Şekil 6. Paralel-rezonans bant geçiren filtre Bant durduran filtreleri yapmak için de iki metot vardır. Biri yüksek geçiren filtre ile alçak geçiren filtreyi paralel bağlamaktır. Diğeri ise seri rezonans devre ile bant durduran filtre tasarımıdır. Şekil 7. Paralel bağlı bant durduran filtre Yukarıdaki Ģekillerden de görüldüğü gibi f1 alçak düzeyde bir frekansta olduğunda alçak geçirgen devresinden geçer ve f2 yüksek bir frekansta olduğunda diğer kolu izler. Ayrıca f0 frekansı alçak geçiren filtrenin kritik büyük, yüksek geçireninkinden büyüktür. Bu da çıkıģ geriliminin giriģ geriliminin %70,7 inden fazlasının geçmesini önler. ÇALIŞMA SORULARI Şekil 8. Seri-rezonans bant durduran filtre 1) Bir cihazın giriş gücü 1000 V da 10 kw dır. Çıkış gücü ise, çıkış empedansı 20 iken 500 W tır. Buna göre; a) db cinsinden güç kazancını bulunuz. b) db cinsinden gerilim kazancını bulunuz c) (a) ve (b) şıkkındaki sonuçların neden uyuşup-uyuşmadığını açıklayınız.

6 2) Filtre devresi nedir? Tasarım ve frekans cevabına göre filtre devreleri kaça ayrılır? Maddeler halinde yazınız. 3) Alçak geçiren-yüksek geçiren filtre devrelerini çizerek açıklayınız. 4) Bant geçiren-bant durduran filtre devrelerini çizerek açıklayınız. Deneyin Yapılışı : 1- Deneyin proteus çizimlerini hazırlayınız. 2- Öncelikle osiloskobun kalibrasyonunu kontrol ediniz. 3-Aşağıdaki uygulama adımlarını sırası ile yapınız. Vs(pp) = 12 V, R1 = R2 = 300 Ω, C1 = C2 =1 µf, L = 100 mh, f1 = 500 Hz, f2 = 1000 Hz, f3 = 2000 Hz, f4 = 3000 Hz, f5 = 4000 Hz, f6 = 6000 Hz, f7 = 8000 Hz, f8 = Hz Şekil 9 Şekil 10 Uygulama 1: Alçak Geçiren Filtre Tasarımı Şekil 9 daki devreyi kurarak osiloskobun birinci kanalını Vin i, ikinci kanalı ise Vo u ölçecek şekilde bağlayınız. Frekansı Çizelge 1 de verilen frekans değerlerine ayarlayarak her bir frekans değeri için Vin, Vo ve Ɵ faz farkını ölçerek bu tabloya kaydediniz. Kazancı db cinsinden hesaplayarak, kazancın frekansa göre değişimini milimetrik kâğıda çiziniz. Deney sonucunda elde edilen kesim frekansı ile teorik olarak hesapladığınız kesim frekansını karşılaştırınız. Uygulama 2: Yüksek Geçiren Filtre Tasarımı Şekil 10 daki devreyi kurarak osiloskobun birinci kanalını Vin i, ikinci kanalı ise Vo u ölçecek şekilde bağlayınız. Frekansı Çizelge 2 de verilen frekans değerlerine ayarlayarak her bir frekans değeri için Vin, Vo ve Ɵ faz farkını ölçerek bu tabloya kaydediniz. Kazancı db cinsinden hesaplayarak, kazancın frekansa göre değişimini milimetrik kâğıda çiziniz. Deney sonucunda elde edilen kesim frekansı ile teorik olarak hesapladığınız kesim frekansını karşılaştırınız.

7 Uygulama 3: Bant Durduran Filtre Tasarımı Şekil 9 daki devreye seri olacak şekilde bobin ekleyerek osiloskobun birinci kanalını Vin i, ikinci kanalı ise Vo u ölçecek şekilde bağlayınız. Frekansı Çizelge 3 te verilen frekans değerlerine ayarlayarak her bir frekans değeri için Vin, Vo ve Ɵ faz farkını ölçerek bu tabloya kaydediniz. Kazancı db cinsinden hesaplayarak, kazancın frekansa göre değişimini milimetrik kâğıda çiziniz. Deney sonucunda elde edilen alt ve üst kesim frekansları ile teorik olarak hesapladığınız alt ve üst kesim frekanslarını karşılaştırınız. Bant aralığını ölçünüz ve teorik olarak hesapladığınız band aralığı ile karşılaştırınız. Çizelge 1 Çizelge 2 Çizelge 3