Transistörlü Yükselteçlerin Frekans Analizi

BJT transistörlerle yapılan yükselteçlerin alçak ve yüksek frekans analizlerinin net ve doğru bir şekilde yapılması analog ve digital elektronik uygulamalarında büyük öneme sahiptir. Şimdi gelin teknik analizlere yakından bakalım.

A- A+

04.03.2022 tarihli yazı 7583 kez okunmuştur.

Şimdiye kadar gördüğümüz transistörlü yükselteçlerin gerilim kazançları, küçük sinyal analizini kullanarak yaptığımız analiz sonucunda sabit çıkmıştı. Buna rağmen gerçekte yükselteçlerin kazancı frekansa bağımlıdır ve frekans değiştikçe gerilim kazancıda değişmektedir. Peki küçük sinyal analizini kullanarak bulduğumuz kazanç, hangi frekanslarda geçerlidir ve bu frekans aralığının dışında kazancın değeri ne olmaktadır. Bu sorunun cevabı üç aşamada verilebilir:

► Birinci olarak transistörün küçük sinyal kazancı orta frekans bandında frekanstan bağımsız olarak kazanç sabit kalmaktadır.

► İkinci aşamada transistörün alçak frekans aralığında kazancın değişimini sayabiliriz. İkinci aşama eğer yükselteç giriş ve çıkışlarında R ve C elemanları kullanılıyorsa geçerlidir. Eğer RC elemanları kullanılmıyor ve transistörler direkt kuplaj ile sinyal jeneratörüne ve yüke bağlanıyorsa, alçak frekans bandında da gerilim kazancı küçük sinyal kazancına eşit olur. Öte yandan RC kuplajlı devrelerde bulunan C elemanının kapasitif reaktansı (XC) frekansa bağımlıdır ve frekans düştükçe değeri de artmaktadır. Bunun sonucu olarak ta hem giriş ve hem de çıkış sinyallerine karşı bir zorluk göstererek alçak kazancın düşmesine neden olurlar.

► Üçüncü ve son aşamada ise yüksek frekanslardaki kazancın değişimini sayabiliriz. Kullanılan C elamanlarının XC değerinin frekans arttıkça düştüğü yani kazancın yüksek frekanslarda değişiminden sorumlu değildirler. Peki o zaman yüksek frekanslarda kazanç neden düşmektedir. Bunun cevabı transistörün elektrotları arasında görülen kapasitif etkilerdir. Bu kaçınılmaz bir nedendir ve bu kapasite değerleri transistör üreticileri tarafından belirlenmektedir. Eğer bu kaçınılmaz ise, tasarım sırasında bu etkilerin kazanç üzerinde yapacağı etkiler göz önünde tutulmalıdır.

► İlginizi Çekebilir: C Sınıfı Amplifikatörler

Her sistem için, kazancın bant ortası değerine eşit veya yakın olduğu bir frekans bandı vardır. Görece olarak yüksek olan kazanç bölgesinin sınırlarını elde etmek içini kesim seviyelerindeki kazanç 0.707Avmid seçilmiştir. İlgili f1 ve f2 frekansları kesim frekansları olarak adlandırılır. 0.707 çarpanının seçilme nedeni bu seviyede çıkış gücünün bant ortası değerinin yarısına eşit olmasıdır. Orta frekanslardaki çıkış gücü ve bant genişliği ifadeleri aşağıdaki gibidir.

Orta Frekanslardaki Çıkış Gücü ve Bant Genişliği İfadeleri

Transistörlü Yükselteçlerde Alçak Frekans Analizi

Şekil-2’de görülen yükselteç devresinde alçak frekansta etkili olan üç kondansatör vardır. Bunlar sırası ile CS, CC ve CE kondansatörleridir. Küçük sinyal eşdeğer devrenin frekans bağımlı parametreleri ve aktif cihazın ve devrenin parazitik kapasitif elemanları sistemin yüksek frekans tepkisini sınırlayacaktır. Ardarda bağlı sistem katlarının sayısındaki artış da hem yüksek hem de düşük frekans tepkilerini sınırlayacaktır. Şimdi bunların etkilerini önce tek tek daha sonrada devrenin toplam kazancına olan etkilerini inceleyelim.

Alçak Kesim Frekans Noktaları

Alçak kesim frekansında 3 frekans noktası yukarıdaki formüller ile hesaplanmaktadır. Bu frekansların en yüksek olanı alçak kesim frekans noktasını belirtmektedir.

Transistörlü Yükselteçlerde Yüksek Frekans Analizi

Yüksek frekans bölgesinde -3dB kesim noktasını belirleyen iki faktör vardır. Devre kapasitansı (parazitik ve elemanlar) ve B(beta) frekans bağımlılığı verilen devrede transistörün çeşitli parazitik kapasitansları (Cbe, Cbc, Cce) ve kurulumda oluşan bağlantı kapasitansları (Cwi, Cwo) dahil edilmiştir. Yüksek frekans analizinde kısa devre devre kabul edilen (CS, CC, CE) kapasitörler olmayacaktır.

Yüksek Kesim Frekans Noktaları

Yüksek kesim frekansında ise 2 frekans noktası mevcuttur. Bu noktalar ise yukarıdaki formüller ile hesaplanmaktadır. Bu frekansların düşük olanı yüksek kesim frekans noktasını belirtmektedir.

Örnek Uygulama

Aşağıdaki şekilde Pspice programında BJT transistörünün hem alçak hem de yüksek frekansını aynı anda görebileceğimiz örnek bir devremiz mevcuttur.

Buradaki şekilde ise verilen sistemin hem alçak hem de yüksek frekans tepkileri Bode grafiği üzerindeki noktaları gösterilmiştir. İlgili hesaplamalar bir önceki bölümde verilen formüller ile gerçekleştirilmiştir.

Sonuç olarak, gerçekleştireceğimiz analog uygulamalarda kullanılacak BJT transistörlerin çalışabilecekleri orta frekans bandının bu şekilde hesaplanması daha öngörülebilir olmasını sağlamaktadır.

Kaynak:

► Elektronik Cihazlar ve Devre Teorisi, Robert L. Boylestad , Louis Nashelsky

► devreyakan.com/frekans-cevabitepkisi-frequency-response/

► docplayer.biz.tr/11184830-Deney-4-transistorlu-yukselteclerin-frekans-analizi.html