Birim kazançlı akım izleyici tasarımı ve aktif devrelere uygulanışı / Erhan Ergün; Danışman Mustafa Ulutaş

Abstract

Akım-kipli tasarıma yönelik artan ilgi ile birlikte, günümüze değin mühendisler tarafından bu tasarım yaklaşımına yatkın yeni yapı ögeleri geliştirilmiş ve aktif devre uygulamaları ile sınanarak geniş bir tasarım içeriği oluşturulmuştur. Bu çalışmada, daha önce yazında sınırlı sayıda devre önerisi ve başarılı aktif devre uygulamaları yapılmış olan akım izleyiciler ele alınmıştır. Üç ana bölümden oluşan çalışmada, önce akım izleyici devre önerileri sunulmuş, daha sonra tararlanan devrelerin kullanıldığı özgün aktif devre uygulamaları yapılmış ve son olarak da akım izleyicilerin düşünsel olmamalarının aktif devre uygulamalarına olan etkileri incelenmiştir.Dört farklı topoloji ile tasarlanan toplam altı akım izleyici devresi önerilmiştir. Bunların üç tanesi A-tipi, iki tanesi AB-tipi, bir tanesi de bileşik akım izleyicidir. A-tipi ilk akım izleyici devresi, daha önce önerilmiş olan ve halen akım yükselteç devrelerinde de kullanılan bir AB-tipi birinci kuşak bir akım taşıyıcı yapısından uyarlanmıştır. Bu devre, akım geri beslemeli kazanç iyileştirme tekniği ile giriş direncini düşürmektedir. İkinci A-tipi akım izleyiciler, fark yükselteci ve iki kademeli işlemsel yükselteç ile gerilim geri-beslemeli kazanç iyileştirmesi yaparak giriş direncini azaltmaktadırlar. Her iki izleyicinin de giriş akımı ortak kapılı yapı ile ayna katmanına iletilir.A-tipi akım izleyicilerin ikisinde, basit kaskot akım aynası, diğer ikisinde de aktif geri beslemeli kaskot yapı kullanılmıştır. İki çıkışlı izleyici elde etmek için eklenen ikinci çıkış katmanı, bant genişliğini daraltıcı bir sonuç doğurmaktadır. Pek çok uygulamada ise iki çıkışlı yapı gerektiğinden izleyici başarımında oluşan bu daralma uygulama devrelerinin çalışma aralığına da yansımaktadır. Bu nedenle daha geniş bantlı bir iki çıkışlı yapı olan bileşik akım izleyici önerilmiştir.Bileşik akım izleyicide de, daha önce önerilmiş bir bileşik akım taşıyıcı devresi esas alınarak tasarlanmış ise de esas alınan akım taşıyıcı yapısındaki akım izleme hatası azaltılmış ve diğer izleyici devrelerden daha geniş bantlı olan bu yapının, akım izleyici olarak kullanımı olanaklı kılınmıştır.AB-tipi devrelerde, yazında var olan devrelerden farklı bir giriş katı önerilerek giriş direnci kazanç iyileştirmesi yapılarak düşürülmüş, hata gerilimi önlenmiş ve ölü-bölge geçişini sıfırlayıcı gerilim izleyici eklenerek var olan yapıların da bu noktadaki eksikliği giderilmiştir. Çıkış katlarında da kazanç iyileştirme yöntemi kullanılarak geniş kanallı ve yüksek akım kapasiteli çıkış yapıları için de uygun çıkış direnci seviyesine ulaşılmıştır.Aktif devre uygulaması olarak, bir tek giriş üç çıkışlı süzgeç, bir akım-kipli tüm-geçiren ve bantsöndüren süzgeç, üç tane endüktans benzetici ve bir sığaç çarpıcı devresi tasarlanmıştır. Tek giriş üç çıkışlı süzgeç, duyarlılık işlevlerinin düşük oluşu ve geniş bant aralığı ile yüksek başarım sergilemektedir. Endüktans benzeticiler, biri kayıplı, biri kayıpsız, biri de negatif dirençli olmak üzere basitten karmaşığa çeşitlenerek süzgeç ve işaret üreteci devreleri için farklı seçenekler sunmaktadır. Tek akım izleyici ile tasarlanmış sığaç çarpıcı devresi, uygulama kapsamı açısından bakıldığında iyi sayılabilecek sınama sonuçları vermiştir.Akım izleyicilerin düşünselsizliklerini modellemek ve benzetimlerinde yararlanmak üzere bir makromodel de geliştirilmiştir. Geliştirilen bu makromodel kullanılarak, baskın akım izleyici düşünsel olmayışının süzgeç ve endüktans benzetici devreleri üzerindeki etkileri incelenmiştir.Anahtar Kelimeler: Analog tümdevre tasarımı, akım kipli tasarım, akım izleyici, analog süzgeç devreleri, endüktans benzetici, C-çarpıcı, düşünselsizlik çözümlemesi, makromodel