Akım taşıyıcılar ve elektronik devre uygulamaları

Abstract

Akım taşıyıcılar ve akım taşıyıcı tabanlı aktif elemanlar diğer aktif elemanlara göre daha geniş bir frekans bandında çalışabilen, gerilim veya akım kaynağı ile elektronik olarak kolaylıkla ayarlanabilen esnek devre elemanlarıdır. Bu nedenle bu tezde akım taşıyıcılar incelenerek yeni tasarımlara yer verilmiş ve akım taşıyıcı tabanlı aktif elemanlar kullanılarak aktif devre sentezinde yeni yaklaşımlar geliştirilmiştir. Özellikle ikinci kuşak akım taşıyıcının (CCII) bir çeşidi olan, elektronik olarak kontrol edilebilen parazitik direnç barındıran ve bu sayede pasif elemanların azaltılmasını sağlayan ikinci kuşak kontrollü akım taşıyıcı (CCCII) yapısı incelenerek, daha basit yapılarda ikinci kuşak kontrollü akım taşıyıcı devreleri tasarlanmış ve yeni devre yapıları önerilmiştir. Kutuplama akımıyla kolaylıkla kontrol edilebilen ve devrenin girişinde bulunan parazitik direnç CCCII elemanı için önemli bir avantajdır. Bu direnç, çoğu akım taşıyıcı uygulamalarında pozitif direnç olarak kullanılmakla birlikte, uygun devre tasarımıyla negatif direnç olarak da kullanılması mümkündür. Bu çalışmada ikinci kuşak kontrollü akım taşıyıcıların negatif ve pozitif parazitik direnç özelliği üzerine yoğunlaşılmış ve buna uygun yeni kontrollü akım taşıyıcı tasarımları yapılmış, bu akım taşıyıcıların parazitik dirençlerinin avantajlarından yararlanılmaya çalışılmıştır. Kontrollü akım taşıyıcı kullanılarak elektronik olarak ayarlanabilir enstrümantasyon kuvvetlendiricisi tasarımına yer verilmiştir. Enstrümantasyon kuvvetlendiricilerinin kullanım amaçlarına ve performans parametrelerine değinilmiştir. Tasarımlar ise bu performans parametrelerinin iyileştirilmesine yönelik yapılmıştır. Ayrıca BiCMOS yapı kullanılarak akım taşıyıcı tasarlanmıştır.Yapılan çalışmalarda özellikle performans parametreleri iyileştirilmeye çalışılmış ve literatürde bulunan benzer çalışmalar incelenerek, tasarlanan devre yapıları ile kıyaslanılmıştır. Ayrıca önerilen devre yapıları uygulamalarda kullanılarak doğruluğu ve gerçeklenebilirliği gösterilmiştir. Özellikle tasarım yapılırken devrelerin toplam güç tüketimleri, dinamik çalışma sahaları, çalışma frekansları, pasif eleman kullanımları, elektronik olarak ayarlanabilirlikleri dikkate alınarak, tümdevre üretimi açısından kolaylık sağlaması için aktif direnç yapıları ve bir ucu topraklanmış pasif elemanlar kullanımına özen gösterilmiştir. Kullanılan elektronik eleman sayılarının az olması, hem akım hem de gerilim ile elektronik olarak kontrol edilebilirlik, yüksek çıkış empedansı ve bir ucu topraklanmış pasif elemanların kullanılması tasarlanan devrelerin avantajları arasında sayılabilir.

Current conveyors and current conveyor based active devices are flexible circuit components which can be easily varied with voltage or current source and can operate over larger frequency domain compared to the other active devices. So, new designs are introduced by investigating current conveyors in this thesis and the new approaches are improved by using current conveyor based active devices in the active circuit synthesis. Especially, the second generation controlled current conveyor (CCCII) which is a type of the second generation current conveyor (CCII) and provides a reduction in the number of passive components by including electronically tunable parasitic resistance is examined. Therefore, simpler second generation controlled current conveyors are designed and new circuit structures are proposed. Parasitic resistance existing in the input of the circuit and easily controlled by biasing current is an important advantage for the CCCII. This resistance is used as a positive resistance in the most current conveyor applications. In addition, it is possible to use negative resistance with the help of the suitable circuit design. In this study, it is emphasized that the negative and positive parasitic resistance features of the second generation controlled current conveyors and the new controlled current conveyor designs are introduced according to these features. It is benefited from the advantages of the parasitic resistances in these designed current conveyors. It is introduced the instrumentation amplifier design which can be electronically tunable by using controlled current conveyor. It is stressed both using purposes and performance parameters of the instrumentation amplifiers. The designs are carried out by improving the performance parameters. Also, it is designed a current conveyor by using BiCMOS structure.In the methods presented in this thesis, it is especially aimed to improve the performance parameters of the designed circuits and it is compared to the designed circuit structures by examining the same studies in the literature. At the same time, the accuracy and reliability of the structures are shown using proposed circuit structures in the applications. Taking care of the total power dissipation, dynamic range, operating frequency, using the passive components, electronically tunable of the circuits especially by designing, it is elaborated the using of the grounded passive components and active resistance structures in terms of the easy fabrication of the integrated circuits. The advantages of the designed circuits are high output impedance, minimal number of the used electronic components, electronic control of both current and voltage and use of the grounded passive components.