Bu çalışmamızda eleccircuit.com ismli bir forum sitesinde rastladığım devreden yola çıkarak ‘bir DEĞİL (NOT) mantık kapısından bir osilatör nasıl yapılır?’a kadar uzanacağız. Osilatör belli frekansta periyodik dalga üreten araçlardır. Yani basit bir sinyal jeneratörü olarak düşünülebilir. Önce eleccircuit.com’ daki devreyi inceleyelim. Devre 6 değil kapısı içieren bir entegre devre (4049) bir kaç direnç ve kondansatör kullanılarak 24 LED’in değişik zamanlarda yanıp periyodik olarak yanıp sönmesini sağlayan ve orijinal ismiyle ’24 LED’li dekoratif ışık’ olarak adlandırılmış. 24 LED sekizerli gruplar halinde yanıp sönüyor. 9 voltluk gerilimle besleniyor, ve girişe güç kaynağından gelebilecek gerilim parazitlerini süzmesi için bir kondansatör kullanılmış.
Devrede kullanılan ‘DEĞİL’ kapısı (aşağıda daha detaylı anlatılacaktır) girişindeki gerilimin tersini alır. Girişte gerilim varsa çıkışta yoktur, tam tersi girişte gerilim yoksa çıkışta vardır. Önlerindeki ve arkalarındaki sayılar entegre devrenin bacaklarıdır. Şimdi herhangi bir noktadan başlayarak be bacaklar üzerinden çalışmasına bakalım; 7 numaralı giriş eğer 0 volt ise 6 Vcc’ye eşittir. 6, 9 numöaraya bağlı olduğundan 10 numaralı bacak bunun tersi yani 0 volt olur. Bu durumda 10 numaralı bacağa bağlı olan 8 LED sönük kalacaktır. R2 üzerinden şarj olan C2 kondansatörü 5 numaralı bacaktaki gerilimi 6 numarayla aynı seviyeye getirdiği anda 5 numaralı bacak Vcc, 4 ve buna bağlı 11 numaralı bacak 0 volt olur. Bu durumda 12 de Vcc olacağından ortadaki sekizli LED grubu yanmaya başlayacaktır. 4 numaralı bacak , 3 numarayı da 0 volt yapacağından, 2 numaralı bacak Vcc seviyesinde olur. Bu bacak 14 numaralı bacağa bağlıdır ve 15 numaralı bacak da bunun ‘değil’i olacağından 0 voltta kalır. En soldaki sekiz LED sönüktür. 2 numaralı bacak Vcc seviyesinde olduğundan C3 kondansatörü R3 direnci üzerinden şarj olacak ve zamanla 7 numaralı bacağı Vcc’ye çekecektir. Bu durumda 6 ve 9 numaralı bacaklar 0 volt civarında olup, 10 numara Vcc seviyesinde olacak ve en sağdaki LED grubu yanmaya başlayacaktır. Bu döngü böylece devam eder. LED’lerin yanıp sönme hızını belirleyen R ve C değerleridir. Bu devre bu kadar.
Şimdi biraz mantık (Logic) devrelerini biraz inceleyelim. Bu devreler transistörlerle oluşturulmuştur ve uçları taaa bilgisayar belleklerinin oluşturulmasına kadar gider. Biz o kadar gitmeyeceğiz. Bu devreler dijital elektroniğin temelidir ve gerilim var/gerilim yok mantığına göre çalışırlar. Çok fazla akım çekilmesi istenmez (TTL ce CMOS şu anda konumuz değil!). O noktada gerilim varsa : ‘TRUE’, ‘1’, ‘ON’, ‘HIGH’ olarak, gerilim yoksa da ‘FALSE’, ‘0’, ‘OFF’, ‘LOW’ olarak nitelendirilirler. Doğruluk tabloları, girişteki tüm olasılıkların hangi çıkışları vereceğini gösterir. Şimdi bir gezinelim bu kapılara:
Değil kapısını biraz önceki devreyi incelerken zaten gördük. Bu kapı girişte ‘1’ varken çıkışta ‘0’, giriş ‘1’ olduğunda da çıkışta ‘0’ veren kapıdır. Yani girişin tersini alır, o yüzden ‘inverter’ adını da alır.Temsili devrede A butonuna basıldığında LED söner.
VE kapısı, matematikteki çarpma işlemini temsil eder. Çıkıştan ‘1’ alabilmek için her iki giriş de ‘1’ olmalıdır. Çünkü ‘0’ yutan elemandır. Temsili devrede A ve B iki girişi temsil eder. LED’in yanması için her iki butona da basılmalıdır.
Veya kapısı, matematikteki toplama işlemini andırır. Tek farkı her iki giriş de ‘1’ iken çıkış yine ‘1’ olur. Temsili devreden de anlaşılacağı gibi LED’in yanması için herhangi bir anahtarın (Ya da ikisinin birden) kapatılması yeterlidir. Yani ‘0’ çıkışı için her iki giriş de ‘0’ yapılmalıdır.
Bu kapılar ikiden fazla girişli de olabilir. O zaman VEYA kapısının ‘0’ vermesi için tüm girişlerin ‘0’ olması, VE kapısının ‘1’ vermesi için de tüm girişlerinin ‘1’ olması şarttır. Ayrıca VEYA kapısının çıkışına DEĞİL eklenerek, VEYA DEĞİL (NOT OR = NOR), VE kapısının çıkışına DEĞİL kapısı eklenerek VE DEĞİL (NOT AND = NAND) kapısı oluşturulmuştur. Bu kapıların doğruluk tablosunu siz tahmin edin!
Bir de ÖZEL VEYA (EXCLUSIVE OR = XOR) kapısı vardır ki bu kapı neredeyse karşılaştırıcı olarak üretilmiştir. Sadece her iki giriş birbirinden farklı olduğunda ‘1’ çıkışı verir. İki giriş eşit ise çıkış ‘0’ olur
Schmitt (şimit okunur) Trigger devresi 1930’lu yollarda Otto Schmitt denilen bir bilim adamı tarafından bulunmuş. Bu adam da aslında incelenebilecek ilginç birisi! Kaşif, biyofizikçi, mühendis falan. Neyse bu amcanın keşfi, giriş gerilimi belli bir seviyenin üstüne çıktığında çıkışı ‘1’ olan, belli bir değerin altına düştüğünde de çıkışı ‘0’ olan bir devre. Yani analog girişleri dijitale dönüştürüyor diyebiliriz. ‘1’ diye bahsettiğimiz +Vcc seviyelerinde bir gerilim. Üretim sırasında bazı DEĞİL (NOT) kapılarına ekleniyor. Hatta bazı NOR ve NAND kapılarına da monte edilmiş. Bunun için veri kağıtları incelenmeli. Biz aslında ‘İşlemsel Yükselteçler‘ konusunda biraz bahsetmiştik. Aşağıdaki açıklama da DEĞİL işlemi olmadan anlatım yapılmış, dikkat!
Konunun kolay anlaşılması için girişte bayağı çirkin bir sinüs benzeri dalda olduğunu varsayalım. Giriş gerilimi mavi renkte görünen üst eşiği (Vüst) geçtiğinde bu tetikçi ‘1’ çıkışı veriyor. Ancak voltaj azalırken bu seviyende değil daha düşük olan kırmızı alt eşiğin (Valt) altına indiğinde ‘0’ değeri veriyor. Giriş gerilimine göre çıkış gerilimini çizdiğimizde sembolün üzerindeki işaret çıkıyor. Bu şekile de ‘Histeresis’ deniyor. Analog sensörleri mesela Arduino’nun dijital girişinde kullanmak istediğimizde işimize çok yarayan bir arkadaş. Peki bu arkadaş nasıl periyodik dalga üretecek?
Yukarıdaki devreye baktığımızda bir Schmitt Trigger DEĞİL kapısının çıkışı ile girişi arasına bir R direnci bağlanmış. Giriş de bir C kondansatörü ile gnd hattına bağlanmış. Vin geriliminin ‘0’ olduğunu düşünerek başlayabiliriz. Bu durumda DEĞİL çıkışı ‘1’ olacaktır. Çıkış ‘1’ iken R direnci üzerinden C kondansatörü dolmaya başlayacak, bu gerilim üst eşiğe ulaştığı anda giriş ‘1’, çıkış ‘0’ olacak. Bu kez kondansatör direnç üzerinden deşarj olmaya başlayacak. Üzerindeki gerilim alt eşiğin altına düşünce giriş ‘0’ ve çıkış da ‘1’ olacak. Bu döngü bu şekilde devam edecek. Çıkışın sürekli ‘1’ ve ‘0’ arasında değişmesi periyodik bir kare dalga çıkışı oluşturacak. İşte araştırdığımız osilatör buydu. Oldukça sık kullanılan bu osilatörün en kötü tarafı frekans hesabı. Tabiki de R direncinin ve C kondansatörünün değerine bağlı. Ama besleme gerilimi ve eşik değerlerinin de dahil edildiği doğal logaritmalı formül göz korkutuyor sanki!
Sizce?…
Orijinal devre:
Kaynaklar:
Practical Electronics For Inventors.
Eğitim Şart 