Penning-trap deneyi frekans ölçümleri için aktif, ayarlanabilen bant-durdurucu filtre dizaynı
Tunable, active band-stop filter design for penning-trap experiment frequency measurements
Yazar: TUĞBA ÇEPNİ
Danışman: PROF. DR. BAKİ AKKUŞ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Nükleer Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında Almanya'da bulunan Max Planck Enstitüsündeki Penning-Trap deneylerinde kullanılmak üzere istenilen kesme frekanslar 400KHz, 500KHz ve 600 KHz olan  ayarlanabilir bir aktif bant-durdurucu filtre dizaynı yapılması amaçlanmıştır. Bessel, Butterworth, ve Chebyshev bant durduran filtre simülasyon çıktıları, planlanan frekans çıktıları için karşılaştırılmış olup bu topolojilerden gereksinimlere en uygun olan Bainter notch filtre topolojisi seçilmiştir. Kullanılacak simülasyon programı bileşenleri ideal olarak kabul edileceğinden, devre dizaynında gerçek bileşenler, simülasyon programına en yakın olarak seçilmiş olup, üzerinde belirli ayarlamalar yapılarak farklı kesme frekansları için uygun, pasif ve aktif devre elemanları seçilmiştir. Filtrenin kalitesini belirleyecek olan kalite faktörü olan Q değerinin değişken olarak ayarlanabilmesi için, filtre simülasyon çıktılarındaki uygun direnç ve kapasitör gibi pasif elemanlar ayarlı olarak seçilmiş olup ideale yakın olarak çalışacak op-amp ile birlikte filtre devresi Eagle programı ile çizilip, sıcak baskılı yöntemle basılmış ve böylece tek bir filtre dizaynında, farklı kesme frekansları yanında, farklı kalite faktörlerine sahip filtre dizaynları elde edilmiştir. Tek bir filtre baskılı devresinde, farklı kesme frekansları için en iyi Q değerini elde etmek yerine, tek bir kesme frekansına özel, en iyi Q değerini ve dar bant aralığını verecek bir bant durduran filtre dizayn etmenin daha verimli olacağı sonucuna varılmıştır. Özel olarak istenilen KHz mertebesindeki bant durduran filtre dizaynları için, bant aralığı ve filtreleme şiddeti, değişken olarak ayarlanabilen, feedback dirençlerine ve birbirlerine göre olan oranlarına bağlı olduğu sonucuna varılmıştır. Filtre dizaynlarının PCB üretimine bağımlılıklarının, kapasitör oranları, op-amp gerilimi faktörlerinin, filtrelemeye etkisinin araştırılması, gelecek çalışmalar için önemli olacağı anlaşılmıştır.

Abstract:
In this thesis statement, the production of adjustable active band-stopping filter design has been intended, which are to be used in Penning-Trap experiments at Max Planck Institute located in Germany with cut frequencies of 400 kHz, 500 kHz and 600 kHz. Bessel, Butterworth and Chebyshev band-stopping filter simulation outputs are compared to the planned frequency outputs; thus, Bainter Notch filter topology is chosen to be best applicable to those topologies. Since the simulation program components which are to be used are accepted to be ideal, the real components in the circuit design are chosen to be the closest to the simulation program and suitable passive and active circuit components with specifically regulated various cut frequencies are selected. In order to tune the Q quality factor to specify the quality of the filter as a variable, passive components such as suitable resistance and capacitors within the outputs in the filter simulations are selected as tuned and the op-amp and the filter circuit which is to operate closest to ideal has been printed with the Eagle program in hot printing technique; thus, variable filter designs having different quality factors as well as different cut frequencies has been obtained. In a single filter print circuit, the production of a band-stopping design specific to one cut frequency, which will output the best Q value and the narrow band interval has been decided to be more efficient rather than getting the best Q value for different cut frequencies. For the band-stopping designs asked specifically for the kHz order, band interval and frequency amplitude has been deduced to be linked to feedback resistance and proportionate to their given ratios which can be adjusted as variables. The research of filter designs on dependence to PCB production, the effect of capacitor ratios and opamp tension factors have been concluded to be vital for future studies.