ÇEYREK FAZ SALINIM ÜRETEÇLERİ

çeyrek faz salınım üreteçleri

RÜYAL ERGÜL

ÖZET

Laboratuvar gereci olarak kullanılabilecek ses frekansı bandında çalışan, değişmez genlikli çeyrek faz işaretleri üretecek bir devre geliştirilmiş ve çalışma ilkeleri incelen miştir.

UDK: 621.373.029.4

SUMMARY

Principles of operation of a quadrature oscilla tor has been investigated and a guadrature oscil lator circuit for laboratory use has been deve loped to sup'ply constant amplitude, variable fre guency guadrature signals in audio freguency band.

Aralarında 90 derece faz farkı bulunan, örneğin e^ (t) = aCos(wt+$) ve e (t) = aSin(ıot+$) gibi iki işareti çeyrek faz işaretleri olarak tanımlarsak, bunları Üreten devreye de çeyrek faz salınım üre teci diyebiliriz. Bu tür işaret çiftleri kontrol ve iletişin alanlarında çeşitli uygulamaları ol duğu için önem taşımaktadır.

Genel olarak .90 derece faz kaydırması edilgin devreler (örneğin Wien köprüsü) yardımıyla kolay ca elde edilebilirse de frekans bandının geniş ve genliğin değişmez olmasının istendiği durumlarda sorunun alışılagelen yöntemlerle çözümü olanak dışıdır. Çalışma bandı iki ondalığın (decade) ü zerinde olan bir çeyrek faz salınım üretecinde de özel yöntemler kullanılması zorunludur. Örneksel olduğu kadar sayısal da olabilen bu yöntemlerin ayrıntılı incelenmesini ve karşılaştırılmasını başka bir yazıya bırakarak burada kısaca 50 Hz 10 KHz arasında çalışan, sabit genlikte çeyrek faz işaretleri üreten bir devreyi inceliyeceğiz.

Basitleştirilmiş devresi Şekil l'de gösterilen ü reteçte, iki ayrı fakat aynı özelliklere sahip salınım devresinin aralarında 90 derece faz farkı olacak şekilde çalıştırılmaları ilkesi kullanıl mıştır. Üretecin çeyrek faz kare dalga ve çeyrek faz üçgen dalga çıkışları eş genliktedir. Üçgen dalga çıkışı uygun bir direnç diyot devresinden geçirilerek sinüs dalgasına çevrilmektedir. Temel devre Şekil 2'de gösterilen anahtar ve entegratör olarak çalışan iki işlemsel yükselteçten oluşan üçgen dalga salınım üretecidir. Çalışma frekansı nı R direnci ve C kondansatörü, çıkış genliğini de R ve R3 dirençleri saptar. Kolayca gösterile bilir ki R, ve Rj. dirençlerinin eşit olması kare dalga ve üçgen dalga genliklerinin eşit olmasını sağlar. Bunu görmek için e genliğini yazmak ye x ter:

Anahtar devresi e =0 ya da Vı V2 olduğu zaman x konum değiştireceğinden eğer V ı = ± E Volt yapılır sa üçgen dalga tepe genliği de *E volt olacaktır.

Bu temel devreden birbirinin aynı olan ikisini

gözönüne alalım. Devre ve eleman değerlerinin e

şit olma varsayımı çıkış genlik ve frekanslarının

da eşit olmasını gerektirir. Yalnız devreler bağım

sız olduğu için çıkışlar arasındaki faz farkı be

lirli değildir. Devreler arasında Şekil l'de gös

terilen bağlantıların yapılması sonucu V ile V '

arasındaki faz farkı tam 90 derece olacaktır (Şe

kil 3). Bunu görmek için Ra direncinin bağlantı

sının açıldığını ve sadece Rb nin devrede olduğu

nu kabul ederek önce e genliğini yazalım. x

Şekil 1.

Rj + R 2

Şu halde,

V 2

+R2

*x = 5" ( V ı + V ) . 2

Rüyal Ergül, Y.Prof.Dr., ODTÜ Elektrik Mühendisliği 215

(D

Şekil 2.

e= x

(2)

Eğer ex=O olursa Vf =—(V +V ') bulunur. Bunun an

lamı anahtar devresinin konum değiştirdiği anlar

da V ve V ' genlikleri toplamının kare dalga

genliğine eşit olması zorunluluğudur. Kararlı ça

lışma için yukarıda verilen eşitliğin yalnızca ko

num değiştirme noktalarında sağlanması gerekir.

Daha önce gösterildiği gibi V '= V I olduğundan

ikinci eşitliğe göre konum değiştirme noktası

V =0 noktası olmalıdır. Bu şart yalnızca 90 de 2

rece faz farkı için sağlanır. Yani V ' çıkışı V

çıkışına göre 90 derece ilerde olmalıdır. Eşitlik

90 derece faz farkı için de sağlanır. Fakat bu

durumda kararlı çalışma olasılığının olmadığı ko

layca gösterilebilir.

Şekil l'de gösterilen bağlantı, yani Ra direncinin devrede olup Rb'nin açık devre olması çeyrek faz işaretleri elde etmenin diğer bir yoludur. Anahtar devresinin konum değiştirme şartı

VV = 1+ 2

(3)

eşitliğinin sağlanmasıdır. Bu da Vı = V olduğundan 2 konum değiştirme anında V '=0 olmasını gerekti 2 rir. Bu bağlantı öncekinin aksine 90 derece faz

farkı sağlar, V , V ' den 90 derece geride olur.

Her iki bağlantı da V ve V ' arasında aynı faz

bağıntısını verdiğinden birlikte kullanılmaları

doğaldır.

Basit ve etkili bir yöntem olmasına karşın, bazı sakıncalar, devrenin Şekil l'de gösterilen şekli ile kullanılmasını önlemektedir. Bunlardan birin cisi kare dalga genliklerinin eşit olması ve kare dalgaların bakışımlı olmasıdır. Kare dalga şekli ni işlemse1 yükselteç özellikleri ve güç kaynağı genlik değişmeleri etkilerinden arındırmak için Vj ve Vj ' genliklerinin *E volta kenetlenmesi uy gundur.

Şekil 3.

tkinci sakınca daha önemli olanıdır. Frekans kont rolü entegratör girişlerindeki seri dirençleri değiştirerek yapılmaktadır, üçgen dalga eğimleri ni aynı tutmak için değişken dirençlerin özdeş olmaları ve aynı mil üzerine bağlanmış olmaları gerekir. Bu tür devre elemanları her zaman bulu namadığı için frekans kontrolünün dolaylı yollar dan yapılması denenmelidir, önerilebilecek pek çok yoldan hangisinin kullanılacağı çalışma frekansı ve uygulama yerine bağlıdır.

Laboratuvar ihtiyacı için frekansı tek kademede ve tek değişken dirençle 50 Hz'den 10 KHz'e kadar değiştirilebilen bir çeyrek faz salınım üreteci Fairchaild 709 işlemsel yükselteçleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Frekans kontrolü için direnç değiştirmek yerine akım değiştirmek uygun ve pra tik yol olarak görülmüştür. Şekil A'de gösterilen devre ya da benzerini denemek isteyenlere önerimiz Z 5 toleranslı yüksek kararlılığı olan dirençler kullanmalarıdır. Üçgen dalga eğimlerini eşitlemek için de bir trimpot kullanmak yararlı olabilir.

Şekil 4.

Not: Kompansasyon devreleri gttsterl 2 ve 4 no'lu TL17O9'lır tein C, ]2pF R, 1,5R ve C2 «pF k u l l ı m l a ı t t ı r .

W

Ol 1

Elektrik Mühendisliği 215