Osilatörler

1. OSİLATÖRLER

1.1. Osilatör Nedir?

Elektronik iletişim sistemlerinde ve otomasyon sistemlerinde kare dalga, sinüs dalga, üçgen dalga veya testere dişi dalga biçimlerinin kullanıldığı çok sayıda uygulama bulunmaktadır. Çoğu durumda birden fazla tip sinyal kullanmak ve bunları birbirine senkronize etmek gereklidir. Dolayısıyla bu da istenen işleme uygun bir sinyal üretimini gerektirmektedir. Örneğin bir mikrodenetleyicinin istenen programı yürütebilmesi için kare dalga sinyal ile tetiklenmesi gereklidir. Bu örnek bile kare dalga sinyali üreten osilatörün önemini açıkça göstermektedir.
Osilatör istenilen frekans ve dalga şeklinde elektiriksel titreşimler üreten geri beslemeli yükselteçtir. Diğer bir ifade ile kendi kendine sinyal üreten devrelere “osilatör” denir. Osilatörler DC güç kaynaklarından beslenir. Bunun sonucu olarak DC gerilimi istenilen frekansa sahip işaretlere dönüştürülür. Osilatörler kontrol sistemlerinde ve televizyon, radyo, telsiz, AM alıcılar, AM vericiler, FM alıcılar ve FM vericiler gibi sistemlerde kullanılır. Elektriksel titreşim ya da diğer adıyla osilasyon, dalga biçimindeki sürekli olarak tekrarlanan değişimdir. Çıkış dalga biçiminin şekli sinüs dalga, kare dalga, üçgen dalga, testere dişi dalga ya da periyodik aralıklarla tekrarlanan herhangi bir dalga şekli olabilir. Aslında bir osilatör, kendi giriş sinyalini kendi temin eden bir yükselteç devresidir.

Şekil 1.1: Temel osilatör blok diyagramı
Bir osilatör devresinin meydana getirdiği sinyallerin veya osilasyonların (titreşim-salınım) devam edebilmesi için;

• Yükseltme
• Geri besleme
• Genlik sınırlayıcı ve frekans tespit ediciye ihtiyaç vardır.

Bir osilatör devresinde çıkışın bir miktarının şekil 1.1’de görüldüğü gibi girişe geri beslenmesi gereklidir. Geri besleme, bir sistemde yüksek seviye noktasından alçak seviye noktasına enerji transferidir. Diğer bir ifade ile çıkışın girişe tekrar uygulanmasıdır. Geri besleme girişi artırıcı yönde ise pozitif, azaltıcı yönde ise negatif geri beslemedir. Devre kayıplarını önlemek ve osilasyonların devamlılığını sağlamak için kullanılması gereken geri besleme pozitif geri besleme olmalıdır. Bir osilatörün önceden belirlenecek bir frekansta osilasyon yapabilmesi için bir frekans tespit ediciye ihtiyaç vardır. Osilatördeki geri besleme, frekans tespit edici devredeki zayıflamayı dengeler. Şekil 1.1’de rezonans devresi, frekans tespit edici devre diğer bir değişle filtre devresi olup istenen sinyalleri geçirir, istenmeyenleri bastırır. Rezonans devreleri bobin ve kondansatör elemanlarından ya da direnç ve kondansatör elemanlarından oluşur ve bu elemanların isimleriyle anılır. Osilatör çıkışındaki sinyalin genlik ve frekansının sabit tutulabilmesi için osilatör devresindeki yükseltecin pozitif geri besleme için yeterli kazancı sağlaması gerekir.
Osilatörlerde aranan en önemli özellik frekans kararlılığıdır. Frekans kayması diğer bir değişle frekansta meydana gelen istenmeyen değişimler, kontrol sistemlerinde çok ciddi hatalara sebep olur. Frekans kaymasının başlıca nedenleri şunlardır.

• Besleme gerilimindeki değişmeler
• Mekanik sarsıntılar
• Isı değişimi
• Yük değişimi

Osilatör tasarımlarında bu faktörlere karşı gerekli önlemler alınarak frekans kayması mümkün olduğu ölçüde engellenmelidir.

1.2. Osilatör Çeşitleri

Genel olarak osilatörler, sinüzodial osilatörler ve sinüzodial olmayan osilatörler olmak üzere 2 sınıfa ayrılabilir. Sinüzodial osilatörler, çıkışında sinüzodial sinyal, sinüzodial olmayan osilatörler ise kare, dikdörtgen, üçgen ve testere dişi gibi sinyaller üretir. Kare dalga üreten osilatör devrelerine aynı zamanda “multivibratör” adı verilir. Günümüzde çeşitli adlarla özel osilatör türleri vardır. Bunlara örnek olarak LC Armstrong osilatör, Colpits osilatör, Hartley osilatör, RC faz kaymalı osilatör, Wien köprü osilatör, kristal osilatör verilebilir. Bu modülde wien köprü osilatör, kristal osilatör ve tek kararlı multivibratör hakkında bilgi verilecektir.
Bütün osilatör tiplerinde kondansatörün şarj ve deşarj olma prensibi vardır. Şarj ve deşarjın devamlılığı kararlı biçimde sağlandığında osilasyon meydana gelir. Şekil 1.2’de paralel tank devresi görülmektedir. Bu devre ile osilasyon kavramı daha kolay anlaşılabilir.

Şekil 1.2: Paralel tank devresi
Yüksek frekansta sinyallerin üretildiği osilatörler, paralel kondansatör ve bobinden oluşur. Düşük frekanslı osilatörler bobin olmadan da özel tasarımlarla gerçekleştirilebilir. Şekil 1.2’de görüldüğü gibi kondansatör şarj edilip bobine paralel bağlanırsa, kondansatör bobin üzerine deşarj olur. Bobin etrafında manyetik alan oluşturur. Kondansatör, deşarj akımı ile ters yönde şarj olarak manyetik alanı söndürür. Şarj olan kondansatör tekrar deşarj olarak bobin etrafında manyetik alan oluşturur. Kondansatörün bobin üzerine şarj ve deşarjı sayesinde bobin ve kondansatörün değeri ile orantılı olarak bir sinüzodial sinyal üretilir. Rezonans devresinde bir miktar direnç ve kayıp bulunduğundan sinüs dalgası giderek küçülecektir. Bu olaya sönümlü osilasyon denir. Şekil 1. 3’te bu durum görülmektedir. Bu küçülmenin önüne pozitif geri besleme ile geçilir. Sürekli osilasyon işlemi için bobin şart değildir. Çeşitli tipte elektronik devre tasarımlarıyla kondansatörün kararlı bir şekilde dolup boşalması sağlanarak istenen osilatör devresi gerçekleştirilebilir.

Şekil 1.4: Sönümlü osilasyon
Şekil 1.2’de görülen S anahtarı yerine uygun anahtarlama elemanları bağlanarak sönümsüz osilasyonlar elde edilebilir. Şekil 1.4’te sönümsüz osilasyon şekli görülmektedir.
Bu şekilde gerçekleştirilen bir osilasyon işleminde sinüzodial sinyalin frekansı;
f_o = 1 / (2 π ( LC)^1/2 )
formülü ile hesaplanır. Görüldüğü gibi paralel tank devreli bir osilatörde üretilen sinyalin frekansı bobin ve kondansatöre bağlıdır.
Burada sönümsüz sinüzodial sinyal üreten osilatörlere örnek olarak wien köprü osilatör devresi incelenecektir.

1.3. Wien Köprü Osilatör Devresi

Wien köprü osilatör hem pozitif hem de negatif geri besleme kullanan bir RC faz kaydırma osilatörüdür. Şekil 1.5’teki devrede, yükseltici olarak giriş empedansı yüksek bir eleman olan OP-AMP kullanılmıştır. Bu osilatör 5HZ ile 1MHZ arasındaki frekansları üretmek için sinyal üreteçlerinde yaygın olarak kullanılan kararlı alçak-frekans osilatörüdür.

Şekil 1.5: Opamplı wien köprü osilatörü
Şekil 1.5’te görüldüğü gibi R₁-C₁ ‘den oluşan seri, R₂-C₂ ‘den oluşan paralel R-C devreleri Wien köprüsünü oluşturur. Bu elemanlar frekansı belirler. R₃ ve R₄ elemanları ile yükselteçin kazancı sınırlanır. Çıkış sinyali, belli oranda OP-AMP’ın faz çevirmeyen (+) girişine R₁-C₁ elemanları ile geri beslenmektedir. OP-AMP ‘ın çalışma frekansında R₁-C₁ , R₂-C₂ ‘den oluşan köprü devresi maksimum geri beslemeyi yapmakta ve bu frekansta faz açısı sıfır olmaktadır.
Devrede R3-R4 ve OP-AMP ‘tan oluşan kısım yükseltici görevi yapmaktadır. Çıkıştan alınan sinüzodial sinyalin frekansı ve devrenin çalışma frekansı;
f = 1 / (2 π ( R₁ C₁ R₂ C₂)^1/2 )
formülü ile bulunur.
Eğer devrede R₁ = R₂ = R ve C₁ = C₂ = C olarak seçilirse formül;
f = 1 / 2 π RC
olur. Ayrıca, devrenin istenen frekansta osilasyon yapması ve yeterli çevrim kazancını sağlayabilmesi için ( R₃ / R₄ ) >= 2 olmalıdır.
Devre boyunca toplam faz kayması tam olarak 0° dir. Aşırı alçak frekanslarda C₁ açık devre haline dönüşür ve herhangi bir çıkış sinyali oluşmaz. Aşırı yüksek frekanslarda C₂ kısa devre olur ve yine bir çıkış oluşmaz.
F frekansında R₂-C₂ birleşimi +45 derece faz ilerletmesi yaparken R₁-C₁ birleşimi de -45 derece faz geciktirmesi yapar. Bu faz ilerletme geciktirme devresi ve R₃ -R₄ omik gerilim bölücü bir Wien köprüsü oluşturur, F frekansında köprü dengelendiği zaman, fark gerilimi sıfıra eşit olur. Gerilim bölücü negatif ya da bozucu geri besleme sağlar. Bu da ilerletme geciktirme devresinde oluşturulan pozitif geri beslemeyi dengeler. Devreye enerji verildiği andan itibaren istenen F frekansında sinüzodial salınımlar çıkışta elde edilir. Şekil 1,5’te R4 direncine seri bir ayarlı direnç bağlanarak OP-AMP kazancı ayarlanabilir. Bu sayede aşırı yükseltme sonucu oluşabilecek istenmeyen kırpılmalar da önlenmiş olur. Şekil 1,6’da bu bağlantı görülmektedir.

2. KRİSTAL OSİLATÖR

Alıcı ve verici sabit bir frekansta çalışacaksa devredeki osilatörün kristalli olması en iyi yöntemdir. Kristal osilatörün ana parçası olan piezoelektrik kristal çoğunlukla kuartz madeninden yapılır.
Kuartz belirli ölçüde hassas olarak kesilir ve iki metal levha arasına yerleştirilir. Basınç oluşturabilmek amacıyla metal levhalar üzerinde yay düzeneği kurulur. Kristalin oluşturacağı osilasyonun frekansı kristalin boyutlarına bağlıdır. Bir kuartz kristaline basınç uygulanırsa iki kenarı arasında bir gerilim oluşturur. Tersi biçimde bir kuartz kristaline DC gerilim uygulanırsa bu kez de titreşir. Ters bir gerilim uygulanırsa diğer yönde titreşir. AC bir gerilim uygulanırsa, uygulanan AC gerilimin frekansında her iki yöne titreşir. Uygulanan AC gerilimin frekansı, kristalin bir kesim özelliği olan rezonans frekansında ise o zaman en büyük titreşim elde edilir.

Şekil 2.1: Kristal (Xtal) sembolü
Bir kristalin kesim biçimi, kristalin çalışma frekansı ile doğrudan ilişkilidir. Bundan dolayı kristaller iki tür kesilerek üretilir. Birincisi ana frekans üreten kristallerdir. Bu tür kristaller genel olarak en çok 50Mhz’e kadar yapılır. İkincisi ise ana frekansının üzerinde çalışan kristallerdir (overtone). Overtone kristaller en az 50Mhz ya da daha üzeri frekansta çalışacak şekilde üretilir.
Kristalin elektriksel modeli Şekil 2.2’de görülmektedir.

Şekil 2.2: Kristalin elektriksel modeli
Eş değer devreye bakıldığında sol tarafta seri R-L-C devresi görülmektedir. Kristal herhangi bir devreye bağlı değilse bu devre geçerlidir. Sağ taraftaki Cj ise kristalin bir devreye bağlandığında bağlantı uçları arasındaki kapasiteyi temsil eder.
Şeklin sol tarafındaki L ve C kristalin rezonans frekansını belirler. R direnci ise kristalin mekanik salınıma yaptığı direnmedir. R direnci ihmal edilirse seri kısmın rezonans frekansı;
f_s = 1 / (2 π ( LC)^1/2 )
formülü ile bulunur.
Eş değer devrenin sağ tarafındaki seri rezonans devresine paralel Cj kondansatörünün değeri seri rezonans kısmındaki kondansatörden çok büyüktür. Yaklaşık olarak Cp>100 Cs’dir. Bu durumda kristalin paralel devre olarak rezonans frekansı;

formülü ile hesaplanır.
Paralel rezonansta oluşan frekans, seri rezonansta oluşan frekanstan biraz daha yüksektir. Cj kondansatörü kristalin bağlantıları ile ilgili olduğu için kristale dışarıdan ayarlı bir kondansatör takarak (trimmer kondansatör) frekansı çok az aşağı ya da yukarı çekmek mümkündür. Bu durumdan ince ayar yapmak için yararlanılır. Kristal hacmi ısındığı ya da soğuduğu zaman değişir. Bu değişim frekansı etkiler ve az olmasına rağmen hassas devrelerde istenmez. Isıya bağlı frekans kaymasını önlemek için kristaller sabit ısıda çalıştırılır.
Aşağıda ömek olabilecek çeşitli kristal osilatör devreleri görülmektedir.

Şekil 2.3: Kristalli miller osilatör
Şekil 2.3’teki devrede kristal, paralel rezonans devresi olarak çalıştırılır. Bu durumda kristal çok yüksek empedans gösterecektir. FET transistörün akaç(drain) tarafındaki L-C kristal frekansına yakın bir değere ayarlanır.
Şekil 2.4’te kristal, seri rezonans devresi olarak çalışır. Dikkat edilirse kristal devrede geri besleme elemanı olarak kullanılmaktadır. Kristal rezonans frekansında minimum empedans gösterecek ve maksimum geri besleme yapacaktır. Devrenin diğer malzemelerden olabilecek kararsız durumları osilatörün çalışma frekansını etkilemeyecektir. C2 kondansatörü büyük değerli örneğin 10nF gibi seçilir. L1 ise büyük değerli çok turlu bir bobin olup osilatörün frekansına yüksek empedans göstererek besleme kaynağından kısa devre olmasını engeller.

Şekil 2.4: Transistörlü kristal osilatör

Şekil 2.5: OP-AMP’lı kristal osilatör
Şekil 2.5 düşük frekanslarda çalışan kristal osilatörlere bir örnek olarak verilebilir. Bu devrede de kristal seri rezonans olarak kullanılır. Çıkıştaki diyotlar çıkış sinyalini kırparak kare dalga şeklini almasını sağlar. Devre çıkışında kare dalga olması istenmezse, diyotlar devreye bağlanmamalıdır.

3. TEK KARARLI (MONOSTABLE) MULTİVİBRATÖR

Dijital devrelerde tetikleme amaçlı olarak kullanılan kare dalga sinyali üreten devrelere multivibratör adı verilir. İşaret üreteci, zamanlayıcı, hafıza elemanı olarak kullanılır. Flip-floplar multivibratörlerden türetilmişlerdir. Multivibratörler transistörlü devrelerle gerçekleştirilebileceği gibi özel amaçlı entegrelerle de gerçekleştirilebilir. Multivibratörler üç grupta incelenir.

• Monostable (tek kararlı) multivibratörler,
• Astable (kararsız) multivibratörler,
• Bistable (çift kararlı) multivibratörler.

Bu modülde yalnızca tek kararlı multivibratör incelenecektir. Tek kararlı multivibratörler girişlerine tetikleme sinyali uygulandığında konum değiştirip zamanlama elemanlarının belirledikleri sürece bu konumda kalan, süre sonunda tekrar ilk durumlarına dönen devrelerdir. İşaretin süresi, dışarıdan bağlanacak olan direnç ve kondansatör gibi elemanların değerlerine bağlıdır.

Şekil 3.1: Tek kararlı multivibratör örnek zamanlama diyagramı
Şekil 3.1’de tek kararlı multivibratörün örnek bir zamanlama diyagramı görülmektedir. Çıkış sinyalinin süresi tetikleme darbesinden bağımsız olarak büyük veya küçük olabilir. Şekil 3.1’de görüldüğü gibi tetikleme sinyalinin düşen kenarındaki çıkışta kare dalga sinyal başlamakta ve T süresince bu devam etmektedir. T süresi sonunda girişten bağıms ız olarak kare dalga sinyal sona ermektedir.

Şekil 3.2: Transistörlü tek kararlı multivibratör
Şekil 3.2’de transistörlü tek kararlı multivibratör devresi görülmektedir. Devreye Vcc gerilimi uygulandığı anda R3 üzerinden Q1 doyuma, R6 ve R5 üzerinden de Q2 kesime gider. C1 kondansatörü şarj olur. Bu nedenle çıkışta pozitif bir gerilim görülür. Transistörlerin bu durumu B1 butonu ile tetikleme verilmediği sürece değişmez. B1 tetikleme butonuna basıldığı anda Q2 doyuma gider ve C1 kondansatörü R3-Q2 hattı üzerinden deşarj olur. Böylece baz polarması kesilen Q1 kesime gider. Çıkışta bu durumda yaklaşık 0V vardır. Transistörlerin bu durumu C1 deşarjını tamamlayana kadar devam edecektir. Deşarj tamamlanınca Q1 doyuma, Q2 kesime gider. Kondansatör tekrar şarj olur. Devre ilk durumuna döner.
Şekil 3.3’te NOR (VEYA DEĞİL) ve NOT (DEĞİL) kapıları ile meydana getirilmiş bir tek kararlı multivibratör devresi görülmektedir. Devreye kısa süreli lojik-1 seviyeli tetikleme verildiğinde NOR kapısı çıkışı lojik-0 olur. Kondansatör boş olduğundan NOT kapısı girişi şase potansiyeline (lojik-0) çekilir. Böylece NOT kapısı çıkışı lojik-1 olur. Bu durumda kondansatör direnç üzerinden şarj olmaya başlar. NOT kapısı girişi lojik-1 seviyesine ulaşır ve çıkış lojik-0 olur. Tetikleme sinyali de olmadığından NOR kapısının her iki girişine de lojik-0 gelir ve NOR kapısı çıkışı lojik-1 olur. Devre 2. tetikleme gelene kadar durumunu korur. Böylece çıkışta tek kararlı lojik-1 darbeleri elde edilir. Lojik-1 süresi R-C elemanları tarafından belirlenir.
T = 0,7 x R x C
formülü ile yaklaşık değer bulunabilir.
Ömeğin Şekil 3.2 için T değeri;
T = 0,7 R3 Cı ’den
T=0,7 x 47K x 100uF
=3,29sn bulunur.

Şekil 3.3: Lojik kapılarla yapılan tek kararlı multivibratör

Ş ekil 3.4: 555 Entegresi ile yapılan tek kararlı multivibratör
Şekil 3.4’te 555 entegresi ile yapılan bir tek kararlı multivibratör devresi görülmektedir. Devrede ilk anda Q çıkışı lojik-0’dır. Tetikleme girişine lojik-0 tetikleme darbesi uygulanırsa Q çıkışı lojik-1 olur. Bu anda C1 kondansatörü R1 üzerinden şarj olmaya başlar. C uçlarındaki şarj gerilimi (2/3)Vcc değerine ulaştığında Q çıkışı tekrar lojik-0 değerini alır. Devre ilk durumuna döner. Lojik-1’de kalma süresi
T = 1,1x R1 x C1
formülü ile bulunabilir.

4. SCHMITT TRIGGER DEVRELERİ

Schmitt trigger (tetikleyici) devresi, giriş sinyalinin dalga biçimine bağlı olmayan fakat bu sinyalin genliği ile belirlenen bir kare dalga üreten devredir. Giriş sinyalinin genliği önceden belirlenen bir eşik değerini aştığında çıkış lojik-1 düzeyine ulaşır, diğer bir eşik değerinin altına indiğinde ise lojik-0 düzeyine iner. Böylece iki kararlı bir yapı elde edilir. Kare dalga üretmek için kullanılmasının yanı sıra otomatik kontrol sistemlerinde sensörlerden gelen bilgilere göre keskin şekilde lojik-1 ve lojik-0 değişimlerini elde etmek için schmit trigger devreleri kullanılmaktadır.

4.1. Transistörlü Schmitt Trigger Devresi

Transistörler lineer (doğrusal) çalışan elektronik anahtarlardır. Transistörün baz akımı artarken kolektör akımı da bununla orantılı olarak artar. Transistörün kolektörüne yük olarak bir röle bağlıysa rölenin çekme akımında kontaklar titreşir. Kolektör akımının doğrusal artışı istenmeyen bir durum yaratır. Bu sorunu önlemenin en iyi yöntemi transistörü birdenbire kesime ya da doyuma ulaştırmaktır. Transistörün bu çalışmayı göstermesinin en iyi yollarından biri schmitt trigger bağlantısı kullanmaktır.
Schmitt-trigger bağlantıda şekil 4.1’de görüldüğü gibi emiter dirençleri ortak olarak kullanıldığından iki transistörün emiter akımları aynı direnç üzerinden geçmektedir. Bu nedenle Q₁’in iletkenliği Q₂’nin yalıtkanlığını, Q₂’nin iletkenliği de Q₁’in yalıtkanlığını kolaylaştırır ve böylece transistörlerin birdenbire doyuma ya da kesime gitmesi sağlanmış olur.
Şekil 4.1’deki devrede Schmitt tetikleyicisinin transistörlü devresi gösterilmiştir. Vi sinüzodial girişinin negatif alternansında Q₁ transistörü kesimde, R₄ ve Ri dirençleriyle baz polarması alan Q₂ transistörü ise doyumdadır. Bu durumda V_o< V_cc olur. Girişe uygulanan sinüzodial sinyal belirli bir V₁ eşik değerine ulaştığında ise Q₁ transistörü doyuma, Q₂ transistörü kesime geçer. Dolayısıyla V_o = V_cc olur. Bundan sonra giriş sinyali artmaya devam ettiği halde çıkışta herhangi bir değişiklik görülmez. Giriş sinyali tepe değerinden sıfıra doğru azalmaya başlar. Giriş sinyali belirli bir V₂ eşik değerine ulaştığı anda Q₁ transistörü kesime, Q₂ transistörü doyuma gider. Bu anda tekrar V_o< V_cc olur. Çalışma bu şekilde sürekli olarak devam eder.

Şekil 4.1: Transistörlü Schmitt trigger devresi

Şekil 4.2: Transistörlü Schmitt trigger devresi dalga şekilleri Volt/div=5V Time/div=500us

Şekil 4.3: Transistörlü Schmitt Trigger karakteristik eğrisi
Bu karakteristikte V₁ ve V₂ değerleri birbirinden farklıdır. Bu farka “histerizis” adı verilir. Devredeki eleman değerlerinin ayarlanması suretiyle V₁ ve V₂ ‘nin değerleri birbirlerine yakınlaştırılabilir. Schmitt tetikleyici devrelerde histerizis önemlidir. Örneğin DC sinyalin seviyesi belirli bir değeri aştığında operatöre bir uyarı, ikaz verilmesi isteniyorsa, bu durumda, eğer V₁ = V₂ olursa, işaret üzerine binecek istenmeyen gürültü sinyalleri nedeniyle devre titreşim şeklinde peş peşe uyarı verecektir. Eşik değerlerinin farklı olması, uyarı noktası ile uyarıyı kaldırma noktası arasında belirli bir fark meydana getireceğinden kontrol sistemi böyle ufak değişimlerden etkilenmeyecektir.

4.2.İşlemsel Yükselteçli Schmıtt Trigger Devresi

Şekil 4.4: OP-AMP’lı faz çeviren Schmitt trigger devresi
OP-AMP ile yapılan schmitt-trigger devresi faz çeviren ve faz çevirmeyen olmak üzere iki çeşittir. Şekil 4.4’de görüldüğü gibi faz çeviren özellikteki schmitt-trigger devresine giriş sinyali OP-AMP’ın faz çeviren (-) girişine uygulanır. Devrede OP-AMP olarak LM358 OP-AMP’ı kullanılmıştır. Bu OP-AMP’ı kullanmanın en büyük avantajı tek kaynak ile beslenebilmesidir. Devre girişinden 2V genlikli 100 Hz frekanslı sinüzodial sinyal uygulanmış, çıkıştan kare dalga sinyal elde edilmiştir.

Şekil 4.5: OP-AMP’lı faz çeviren Schmitt-trigger devresi sinyal diyagramları (Time/div=5ms Volt/div-giriş=2V Volt/div-çıkış=5V)
Şekil 4.5’de OP-AMP’lı faz çeviren schmitt-trigger devresinin giriş-çıkış sinyal diyagramları görülmektedir. Görüldüğü gibi kare dalganın yükselme ve düşme eşik gerilimleri çok az da olsa farklıdır.
4.3. TTL Dönüştürücülü Schmıtt Trigger Devresi
Schmitt-trigger devre gereken uygulamalarda daha çok schmitt trigger özellikli lojik kapı entegreleri kullanılır. Bu entegrelerde lojik kapı girişleri schmitt-trigger özelliğine uygun olarak tetikleme almaktadır. Lojik kapı aldığı tetikleme eşik gerilimini lojik-0 (0V) ve lojik-1 (5V) değerlerine dönüştürür. Özellikle mikrodenetleyicili uygulamalarda herhangi bir yerden gelen sensör bilgisinin uygun lojik değerlere getirilmesinde schmitt-trigger özellikli TTL dönüştürücüler kullanılmaktadır. Bu entegreler ile girişe uygulanan yavaş değişimlere hızlı olarak çıkışta cevap verilir.
Schmitt-trigger özellikli bir lojik kapının sembolünde schmitt karakterisitik eğrisine benzer bir sembol yer alır. Aşağıda örnek olarak schmitt-trigger özellikli bir NOT kapısı görülmektedir.

Şekil 4.6: Schmitt-trigger NOT kapısı
Şekil 4.7’de schmitt trigger girişli bir NOT kapısı ile gerçekleştirilmiş kare dalga osilatörü görülmektedir. Bu devre aslında lojik kapılı bir astable multivibratörüdür. Devre bir schmitt trigger NOT kapısı ve RC devresinden oluşmuştur.

Şekil 4.7: Schmitt trigger not kapılı osilatör ve sinyal şekilleri
Devreye enerji verildiğinde kondansatör üzerindeki gerilim Vc = 0V olduğundan çıkış gerilimi lojik-1 seviyesindedir. Kondansatör çıkıştaki lojik-1 geri beslemesi ile R direnci üzerinden şarj olacaktır. Kondansatör sarj gerilimi NOT kapısının (V_T+ ) eşik gerilimine ulaşınca çıkış konum değiştirir ve lojik-0 değeri alır. V_out = 0V olduğundan, kondansatör direnç üzerinden deşarj olmaya başlar. Kondansatör üzerindeki deşarj gerilimi (V_T- ) eşik gerilimine ulaşınca çıkış gerilimi tekrar lojik-1 değerine ulaşır. Çıkışın yüksek gerilim seviyesinde kalma süresi (T_OH ) ve düşük gerilim seviyesinde kalma süresi (T_OL) aşağıdaki formüllerle hesaplanabilir.
T_OH = R C ln ( ( V_OH – V_T- ) / ( V_OH – V_T+ ) )
T_OL = R C ln ( ( V_OL – V_T+ ) / ( V_OL – V_T- ) )
Aşağıda 74HC14 schmitt trigger girişli CMOS NOT kapısı ile yapılan astable multivibratör devresindeki örnek hesaplamalar görülmektedir. Çıkış sinyalinin yüksekte kaldığı süre, sinyalin alçakta kaldığı süre, çıkış sinyalinin peryodu ve frekansı aşağıda hesaplanmıştır.

Şekil 4.8: 74HC14 CMOS entegreli schmitt-trigger osilatör örneği
a. Çıkış sinyalinin lojik-1 seviyesinde kaldığı süre;
T_OH = R_x C ln ( ( V_OH – V_T- ) / ( V_OH – V_T+ ) )
formülünden
T_OH = 10 Kohm x 0.022 µF x ln ( (5 – 1,67) ( 5 – 2,75 )) = 86,2 µs bulurunur
b. Çıkış sinyalinin lojik-0 seviyesinde kaldığı süre;
T_OL = R C ln ( ( V_OL – V_T+ ) / ( V_OL – V_T- ) )
formülünden
T_OL = 10 Kohm x 0.022 µF x ln ( (0 – 2,75) ( 0 – 1,67 )) = 110 µs bulurunur
c. Çıkış sinyalinin periyodu ve frekansı;
T = 86,2 + 110 = 196,2 µs ’dir.
f = 1 / T
formülünden
f = 1 / 196,2 µs = 5,1 KHz bulunur.