Ota tabanlı birinci dereceden filtre tasarımları ve osilatör uygulaması
Ota-based first-order filter designs and oscillator application
Yazar: AYGÜN VAROL
Danışman: PROF. DR. ABDÜLKADİR ÇAKIR ; DR. ÖĞR. ÜYESİ FIRAT YÜCEL
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Aktif filtreler = Active filters ; Analoglar = Analogs ; MOS transistör = MOS transistor ; OTA = Operational transconductance amplifier ; Osilatörler = Oscillators ; İşaret işleme = Signal processing

Özet:
Bu çalışmada elektronik sinyalleri işlemek amacıyla birinci dereceden filtre konfigürasyonları, osilatör tasarlanmış, bu tasarımlara ait simülasyonlar ve devre uygulaması gerçekleştirilmiştir. Bu tasarımlarda, mümkün olan en az devre elemanı kullanılması önemli olduğundan yapılan çalışmada işlemsel geçiş iletkenli yükselteç (OTA) aktif yapısal bloğu tercih edilmiştir. 
Gerçekleştirilen çalışmada ilk olarak birinci dereceden devre konfigürasyonları kapsamında iki adet OTA yapısal bloğundan oluşan birinci dereceden akım modlu evrensel filtre tasarlanmıştır. Filtre akım girişli ve akım çıkışlı olması nedeniyle farklı modtaki eşdeğerlerine göre daha az güç tüketmektedir. Filtrenin kesim frekansı (fo) 150 kHz, tükettiği güç 1.04 mW'tır. İkinci çalışmada iki adet OTA yapısal bloğu kullanan birinci dereceden gerilim modlu alçak geçiren filtre tasarlanmıştır. Filtrenin kazancı ayarlanabilirdir. Kesim frekansı (fo) 1.59 MHz ve tükettiği güç 1.03 mW'tır. Üçüncü çalışmada ise OTA tabanlı transempedans modlu alçak geçiren, yüksek geçiren ve tüm geçiren filtre cevaplarının tamamını veren ve bu filtre cevaplarını aynı anda üretebilen üç adet OTA yapısal bloğundan oluşan evrensel filtre tasarlanmıştır. Filtrenin kesim frekansı (fo) 3 MHz ve tükettiği güç 1.55 mW'tır. Gerçekleştirilen transempedans ve akım modlu filtrelerde yüzen eleman bulunmadığından entegre devre yapısına uygundurlar. Transempedans modlu filtre topolojisinden sinüzoidal kuadratör osilatör devresi türetilmiştir. Osilatörün osilasyon frekansı 3.97 MHz, tükettiği güç 1.95 mW'tır. 
Yapılan çalışmalarda farklı modlarda çalışan üç adet birinci dereceden filtre tasarımı yapılmıştır. Çalışmaların, besleme gerilimleri ±0.75 V ve kullandıkları transistör teknolojisi 0.18 µm'dir. Gerçekleştirilen çalışmaların teorik sonuçları SPICE devre simülasyonu programıyla ve yapılan deneyle doğrulanmıştır.

Abstract:
In this study, first order filter configurations and oscillator is designed to process electronic signals. Simulations and circuit applications of the proposed designs are realized. Since it is important to use as few circuit elements as possible in analog circuit designs, operational transconductor amplifier (OTA) active structural block is preferred.
In the study, first-order current-mode universal filter consisting of two OTA's is designed. Since the filter is current input and current output, it consumes less power than its equivalents in different modes. The cut-off frequency (fo) of the filter is 150 kHz and power consumption is 1.04 mW. In the second study, a first-order voltage mode low-pass filter using two OTA's is designed. The gain of the filter is adjustable. The (fo) is 1.59 MHz and power consumption is 1.03 mW. In the third study, an OTA-based transimpedance-mode universal filter consisting of three OTA's that can produce all the filter responses simultaneously is designed. The (fo) of the filter is 3 MHz and power consumption is 1.55 mW. Since there are no floating elements in the transimpedance and current-mode filters, they are suitable for integrated circuit structure. The sinusoidal quadrature oscillator circuit is derived from the transimpedance-mode filter topology. Oscillating frequency of the oscillator is 3.97 MHz and power consumption is 1.95 mW.
In the study, three first-order filters operating in different modes were designed. Supply voltages are ±0.75 V and transistor technology is 0.18 µm. Theoretical results of the studies verified with the SPICE and the experiment.