EEM311 Elektronik II: 2010 Ödev Çözüm Taslakları, Üç Katlı Yükselteç ve Transistörlü Op-amp

Bu yazı, Başkent Üniversitesi EEM311 Elektronik II dersinde arkadaşların hazırladığı iki el yazısı çözüm taslağını içeriyor. Kişisel bilgiler çıkarıldı; fotoğraflanmış sayfalardan metne aktarıldı. Fotoğraflar 9–10 Kasım ve 17 Aralık 2010 tarihlerinde çekilmiş. Aynı sayfaların tekrarlanan çekimleri birleştirildi. Bu yazının indirilebilir dosyası yok. Dönemin ödev soruları ayrıca 2010 ödevleri yazısında bulunuyor.

Ödev I: Üç transistörlü yükselteç

Devrede V_CC = 10 V, β = 100 ve V_BE(on) = 0,7 V verilmiş. İlk npn transistörün baz bölücüsü 730 kΩ ve 270 kΩ; emetör direnci 10 kΩ, buna paralel AC kolunda 100 µF ve 230 Ω var. İkinci transistör pnp; baz düğümünden 270 kΩ toprağa ve 100 µF baypas kondansatörü bağlanmış. İkinci katın emetör tarafındaki direnç 730 kΩ. Üçüncü transistör emetör izleyici; kolektör beslemeye, emetör 5 mA akım kaynağına bağlı. Çıkış 100 µF üzerinden 1 kΩ yüke gidiyor. İkinci katın kolektör direnci 10 kΩ.

Birinci katın DC çözümü

Baz bölücüsünün eşdeğeri:

V_BB1 = (270/1000)·10 = 2,7 V

R_B1 = 270 kΩ ∥ 730 kΩ = 197,1 kΩ

2,7 = 0,7 + (β + 1)I_B1·10 kΩ + I_B1·197,1 kΩ

2 V = (1207,1 kΩ)I_B1

I_B1 = 1,657 µA, I_C1 = 0,1657 mA

Çıkış katının DC çözümü

I_B3 + I_C3 = 5 mA

(β + 1)I_B3 = 5 mA

I_B3 = 0,04950 mA, I_C3 = 4,9504 mA

İkinci katın düğüm denklemleri

B₂ düğümüne göre notta şu iki ilişki kurulmuş:

I_T + I_E2 = I_C1 + I₁

I₁ = I_B2 + I

Ara adımda I₁ ≈ 13,7 µA bulunuyor ve:

βI_B2 − I = 0,152 mA

0 = (730 kΩ)I_B2 − 0,7 + (270 kΩ)I

Birlikte çözümün yanına I_B2 = 1,566 µA ve I = 0,0346 mA yazılmış. Başka satırda I_C2 ≈ 0,1566 mA gösterilmiş.

Fotoğraftaki çalışma noktası listesi:

Not: Q₂ için sonuç listesindeki 3,46 mA, aynı sayfadaki I_B2 = 1,566 µA ve β = 100 ile uyuşmuyor; bu ikisi I_C2 = 0,1566 mA verir. Sonraki küçük işaret hesaplarında 3,46 mA kullanıldığı için tutarsızlık devam ediyor. Liste düzeltilmeden aktarıldı.

Küçük işaret parametreleri

V_A = 100 V kullanılarak r_o = (V_A + V_CE)/I_C, r_π = βV_T/I_C bağıntıları yazılmış. Taslağın kullandığı değerler:

Giriş direnci:

R_in = 730 kΩ ∥ 270 kΩ ∥ 15,08 kΩ = 14,0142 kΩ

Toplam kazanç, üç katın oranları çarpılarak yazılmış:

A_v = (v_out1/v_in1)(v_out2/v_in2)(v_out3/v_in3)

Son sayısal satırda A_v = −10,4923 sonucu var.

Çıkış direnci hesabında giriş sıfırlanmış ve çıkışa test gerilimi uygulanmış. Sayfanın sonunda R_out = r_o3/2 yazıyor; aradaki cebir bazı yerlerde eksik.

Not: Üçüncü katın fiziksel bağlantısı emetör izleyicidir; fotoğraftaki AC eşdeğer ise emetör topraklanmış gibi çizilmiş. Bu nedenle −10,4923 kazancı ve r_o3/2 çıkış direnci, özgün devre için doğrulanmış sonuçlar değildir. Giriş direnci paralel direnç hesabı yaklaşık 14,01 kΩ ile tutarlıdır.

İki fark katlı, dokuz transistörlü op-amp tasarımı

İkinci taslağın devresi üç bloğa ayrılmış: birinci fark yükselteci, ikinci fark yükselteci, çıkış katı. Birinci fark çifti Q₁–Q₂; akım kaynağı Q₃–Q₄. İkinci fark çifti Q₅–Q₆; akım kaynağı Q₇–Q₈. Q₉ emetör izleyici olarak çıkışı sürüyor. Girişler 1 ve 2, çıkış 3 numaralı terminaller olarak işaretlenmiş.

Besleme +5 V ve −5 V. Notta kolektör dirençleri R₁ = R₂ = 5 kΩ, R₄ = R₅ = 5 kΩ; çıkış katındaki R₆ = 10 kΩ yazıyor. Baz akımı hesabında R_B3 = 1 MΩ kullanılmış. Dirençlerin, devre ve kazanç hesabına göre seçildiği belirtiliyor.

DC analiz

İlk akım kaynağı için 4,3 V/1 MΩ hesabıyla I_B3 = 4,3 µA bulunmuş. İkinci katın baz akımı, I_B5 = 0,36 mA/β = 3,6 µA olarak yazılmış. Bir sonraki satırda:

I_B7 = I_B4 − I_B5 = 5,26 µA − 3,6 µA = 1,66 µA

I_C7 = 0,166 mA

I_C8 = 0,720 − 0,166 = 0,554 mA

Sonuç listesinde şu Q noktaları yer alıyor:

Q₉ için kullanılan adımlar:

I_E9 ≈ I_C9 = 0,306 mA

V_E9 = 0,306 mA·10 kΩ = 3,06 V

V_CE9 = 5 − 3,06 = 1,94 V

AC analiz

Küçük işaret emetör dirençleri r_e = 26 mV/I_E bağıntısıyla hesaplanmış. Sonraki katın giriş direnci, önceki katın yükü olarak hesaba katılıyor; sayfanın üzerinde “bir sonraki katın giriş direncinin yarısı” notu var.

Tek uçtan alınan fark katı çıkışında, yüklenmiş kolektör direnci R_C ∥ R_giriş,sonraki ile gösterilerek kullanılan kazanç biçimi:

A_v ≈ −(R_C ∥ R_giriş,sonraki)/(2r_e)

Çıkış izleyicisinde r_e9 ≈ 84,97 Ω yazılmış. Çıkış katı için R_L ∥ R₆ üzerinden kazanç hesabı, iki fark katı ve çıkış katı kazançlarının çarpımı, ayrıca CMRR_dB = 20 log₁₀|A_d/A_cm| hesabı bulunuyor. Toplam kazancın ve CMRR'nin sonuç rakamları fotoğraflarda yeterince net seçilemiyor; tahmin edilmedi.

Not: Bu bölüm bir tasarım taslağıdır. Çalışma noktası listesi ve formüller okunabilen satırları korur; tüm düğüm gerilimleri ve akım yönleri net okunamadığından devrenin bütünü için bağımsız doğrulama yapılamadı.