Arayüz (Interfacing) nedir ?
Aslında türkçesi bilgisayar ortamı için iyi duruyor olsada, elektrik devreleri için tam aynı şeyi söyleyemem. Yinede bunu kullanacağım. Arayüz yada Interfacing, teknik terim olarak bir ünitenin değeri ile ilişkisi, bağlanması veya uyumlu hale getirilmesi anlamına gelir. Elektronikte farklı gerilim seviyelerinde olan analog sinyallerin, sayısal olarak işleneceği dijital sistemler için gerekli olan gerilim seviyelerine uyumlandırılmasında da kullanılır.
Şöyleki elinizdeki mikro denetleyiciniz 5-0 V gerilimde çalışıyor diyelim, bu durumda denetleyicinizde işleyeceğiniz her türlü analog sinyal, büyüklüğü ne olursa olsun bu seviyeye indirilmelidir ki örneklenebilsin. Diğer türlü verinin bir kısmını yada büyük bir kısmını kaybedebilirsiniz. İşte bu indirme işlemini gerçekleştiren devrelere arayüz(interfacing) devreleri denir ve hem analog hemde dijital sinyallerin olduğu karışık(mixed) sinyal devrelerinde kullanılırlar.
Arayüzleme işleminde ana sinyaliniz bozulmamalıdır, yani herhangi bir distorsiyona uğramamalıdır. Diğer bir değişle bu işlem doğrusal (lineer) olmalıdır. [Doğrusallık mühendislikte önemli bir kavramdır. Bunula ilgili görüşlerimi başka bir yazıda sizlerle paylaşacağım] Buda bize arayüz devrelerinde olabildiğince doğrusal devre elemanları kullanmamız gerektiğini gösterir. Şanşlıyız ki istediğimiz doğrusallığı verecek elemanlarımız zaten var ve kullanımıda analizi kadar basit.
Burada tasarımlarımda çok kullandığım, uygulaması ve anlaması basit bir arayüz devresini göstereceğim. Ama devreyi doğrudan vermek yerine isterseniz adım adım tasarlayalım.
Arayüz devrelerinin yaptığı iş aslında Shifting ve Scaling olarak bilinir. Türkçeye çarpma ve kaydırma olarak çevirelim (ki yapacağımızda bu zaten). Yani bir analog sinyal uygun bir reel sayı ile çarpılır ve sonra zaman ekseninde sabit bir (dc) sinyal ile toplanarak yukarı veya aşığıya kaydırılır. Örneğin sinyaliniz -8/8 V bir sinüs sinyali olsun ve sizde bunu 5-0 V bir sinüse çevirmek istiyorsunuz. O halde yapacağınız işlem -8/8 V sinyali önce -2.5/2.5 V seviyesine getirmek için 5/16 ile çarpmak daha sonra 2.5 V gerilim ekleyerek 5-0 V arasına getirmektir. Oldukça basit ve doğrusal olan bu işlemin blok gösterimi aşağıdaki gibi;
Şimdi bu işlemi minimum s0 ve maksimum s1 aralığındaki genel tanımlı analog bir sinyal için düşündüğümüzde K çarpanının ve b offset değerinin, bize 5-0 V seviyesinde gerilim vermesi için ne olmaları gerektiğini bulmaya çalışalım.
Sinyalimiz maksimum değerini (s1) aldığında çıkışımız 5V, minimum değerini (s0) aldığında ise çıkışımız 0V olmalıdır. Bu durumu denklemle gösterecek olursak aşağıdaki ifadeyi elde ederiz.
İki bilinmeyenli bu denklemin çözümü ise bize K ve b değerlerini verecektir.
Burdaki K ve b değerlerinin ikiside sabit sayıtlardır. Şimdi bu işlemleri lineer devreler üzerinde nasıl gerçekleştiririz ona bakalım.
Bir sabit ile çarpma işleminin yükseltmeye (amplification) karşılık geldiğini biliyoruz. Ama yapacağımız işlem yükseltme değil daha çok bölme olacak. Kazancı ayarlanabilen bir yükseltgeç fazlasıyla işimizi görecektir. Buda tahmin ettiğiniz gibi negatif geribeslemeli faz çeviren bir opamp yükseltici. Diğer yandan b değeride dc bir gerilime karşılık gelecek. Bu sinyali çarpma işlemini yapacağımız devrenin çıkışındaki sinyalle toplamamız lazım. Bu işlemide bir toplayıcı devre ile halledebiliriz.
Sonuç olarak devremiz bir yükseltgeç ve birde toplayıcıdan (summing amplifier) oluşan iki kademeli aşağıdaki opamp devresi.
Bu devrenin ilk kısmı K ile çarpma işlemini, ikinci kısmıda b ile toplama işlemini gerçekleştirir. K ve b değerlerini bulduktan sonra ilgili direnç değerlerini bulmak ise çok kolay, sadece biraz matematik ile oynamaya bakıyor. Çünkü devre lineer bir devre ve herhangi bir zaman sabiti de yok. Ama şuan bu işlemleri geçip formülleri veriyorum.
Dikkat ederseniz devrede bir s2 gerilimi daha verilmiş. Bu gerilim sizlere b sabitini oluşturmak için kullanacağınız referansı oluşturur. Yani devrenizdeki sabit gerilim her ne ise (3V, 5V, 9V, 12V vb), bu gerilimi s2 olarak kullanarak istediğiniz b offset değerini üretebilirsiniz.
Görsellere ve daha bir çok bilgiye ulaşmak için Robert Paz'ın aşağıdaki dersini izleyebilirsiniz.
Kolay Gelsin!!!
eminucer@gmail.com
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder