KONU: OPTİK
TRANSDUSERLER
1. Optik Transduserlerin çeşitleri:
Bulunduğu
ortamdan aldığı ışık enerjisine göre direnci değişen ya da uçları arasında
potansiyel farkı oluşturan elemanlar ve uygulanan elektrik enerjisini ışık
enerjisine dönüştüren elemanlara denir. Işık algılayıcılar ve ışık yayan
elemanlar olarak iki çeşidi vardır.
2. Yapıları:
Bu
dönüştürücüler ışığa duyarlı malzemelerden yapılır. Üzerlerine ışığın
odaklanmasını sağlayan bir mercek bulunur.
3. Uygulama
Alanları:
Işıkla
çalışan kontrol devrelerinde, ışığa bağlı olarak transistör,
tristör gibi elemanların tetiklenmesinde, alarm
devrelerinde uyarıcı ve algılayıcı olarak kullanılır. Fiber optik kablolarla iletişimde , uzaktan kumanda devrelerinde , otomatik sokak
lambalarında, fabrikalarda üretim bantlarında ürün sayımında vb. bir çok alanda
kullanılırlar.
B. FOTO DİRENÇ ( LDR )
1. Foto direncin özellikleri:
Foto
direnç ışıkla direnci değişen bir elemandır. Foto direnci karanlıktaki direnci
1 Mohm seviyesindeyken, aydınlıktaki direnci 150 ohm’a kadar düşer. Foto direncin bu özelliğinden dolayı,
alarm sistemlerinde, otomatik açılıp kapanan kapılarda, yürüyen merdivenlerde,
turnikelerdeki sayma sistemlerinde, el kurutma cihazlarında vb birçok alanda
kullanılır.
Foto
direncin sembolü aşağıdaki gibidir.
2. Foto direncin
çalışması:
Foto direncin üstüne
değişik şiddette ışık düştüğünde uçlarında buna bağlı olarak değişik değerde
direnç görülür. Foto dirence seri bağlanan bir direnç ile bir gerilim bölücü
yapıp, foto dirençteki direnç değişimi gerilim değişimine dönüştürülebilir. Bu
gerilim ile bir transistör veya OPAMP’ın
çalışması kontrol edilebilir.
C. FOTO DİYOT
1.Foto diyotun
özellikleri:
Işığa bağlı olarak
iletkenliği değişen diyota foto diyot denir. Foto diyotlarda P-N birleşme
yüzeyi bir mercek vasıtasıyla aydınlatılır. Işık sayesinde yarı iletkenin
direnci değişir.
2. Foto diyotun
Çalışması:
Foto diyot devreye ters yönde bağlanırsa
direnç özelliği gösterir. Düz bağlandığında ise gerilim kaynağı olarak
kullanılmış olur. Yani foto pil olur. Bu şekilde en fazla 0,5 V gerilim üretir.
D. LED’ler ( Işık yayan
Diyotlar )
1. Led’in Yapısı
Değişik ebatta led’ler kılıf içerisine alınmaktadır.Led kılıfları cam ve metal olmak üzere iki tipte
kullanılmaktadır.Çok ucuz olması nedeniyle cam kılıflar çok yaygın olarak
kullanılmaktadır.Metal kılıflar pahalı olduğu için askeri ve özel cihazlarda
kullanılır.Led’ler metal ve metal oksit levhaları
arasına yerleştirilen yüzey birleşmeli P ve N yarı iletkenlerinden meydana
gelmiştir.PN bağlantısı oyuk ve elektron bakımından çok zengindir.Birleşme
yüzeyinde oyuklarla elektronların birleşmesi sırasında küçük bir ışık enerjisi
(foton) ortaya çıkar.Çıkan ışığın dalga boyu Led’in
yapımında kullanılan malzemenin uyarma enerjisine bağlıdır.Galyum fosfid (Gap) Yeşil, Galyum
arsenik fosfid (Gansp)
kırmızı ışık verir.
2.Led’in
Özellikleri
Diyot’un ışık yayma
özelliği kılıfın cinsine göre değişmektedir.Kılıf
şeffaf ise led ışığı nokta ışık kaynağı şeklinde yayar.Şeffaf kılıfa çarpan ışık açı
olarak dışa doğru yayılır.Kılıf geniş tutularak ışığın daha geniş bir alana
yayılması sağlanabilir.Işığın daha kuvvetli olabilmesi için bazı özel ledlerde merceklerde kullanılmaktadır.Günümüzde ucuz oluşu
ve ışığı çok daha geniş açılarda yayabilen renkli ve mat kılıflı led’ler kullanılmaktadır.Ledler
entegrelerde olduğu gibi birden fazlası bir araya getirilerek de imal
edilebilir.
SORU:Led’in
yapısını ve özelliklerini belirtiniz?(irdeleyici soru)
3.LED’in Çalışması
Elektronik devrelerde
günümüzde gösterge elemanı olarak kullanılan bir elemandır.İletim
yönünde çalıştırılan ışık yayan yarı iletken diyotlara led
denir.Led diyotlar
elektrik enerjisini ışık enerjisine çeviren bir yapıya sahiptirler.Led’ler görünen ışık bölgesinde ışıma yaparlar.Led’ler hem AC hem de DC gerilimde
çalıştırılabilirler.Yalnız çalışma gerilimi aşıldığında zener
diyotlar gibi mutlaka bir ön direnç ile birlikte kullanılmalıdır.Bağlanacak bu
direnç Rön=Vgiriş
- VLED / ILED (20mA) formülünden bulunur.LED’ler aşınan parçaları
olmayan, küçük boyutlu düşük çalışma sıcaklığına ve gerilimine sahip bir yarı
iletkendir.
YAŞAMSAL ÖRNEK:Sayıcılar,
güvenlik devreleri,TV, video, müzik setleri, uzaktan kumandalar, asansör
kapıları,el kurutma cihazları, aktif göstergeler, endüstriyel kontrol
devreleri.
DURUMSAL ÇALIŞMA:Infra-red led diyot kullanarak 556 entegresiyle basit bir kızıl ötesi
vericiyi nasıl oluşturursunuz?Çizerek gösteriniz?
4.INFRA-RED LEDLER
a)Infra-red Led’in Yapısı
Görünen ışık bandının
dışında 900nm de ışıma yapan Led’lere infra-red led
denilir.
b)Infra-red Led’in Özellikleri
Yaydığı ışık, insan gözünün
gördüğü frekans bandı dışında kalırlar.İnsan gözü bu
ışını göremez.
c)Infra-red Led’in Çalışması
Çalışma prensibi olarak LED diyoda benzer daha çok transistörle birlikte kullanılırlar.Çünkü foto transistörler Infra-red ledler ışıklara daha hassastır.Devreye led diyotta olduğu gibi anot (+) katod (-) olarak şekilde bağlanır.Yaklaşık çalışma gerilimleri1,25 V’tur.Daha yüksek gerilimlerde çalışması için bir ön direnç kullanılır
F. FOTO PİL (PHOTOVOLTAIC CELL)
1.Foto Pilin Yapısı
Foto pilin yapımında yarı
iletkenler kullanılır. Diğer elemanlarda olduğu gibi germanyum veya silikon
kullanılır. Foto pilin yapısı ve çalışması diyotlara benzer. Foto pil N ve P
tabakalarının yüzeysel birleşmesinden meydana gelmiştir. Sembolü aşağıdaki
gibidir.
2.Foto
Pilin Özellikleri
Foto pil, ışık enerjisini
doğrudan doğruya DC elektrik enerjisine çeviren bir elemandır. Güneş pili
olarak da adlandırılır. Foto pil yapımında yarı iletken elemanlar kullanılır.
Selenyum, silisyum ve germanyum en çok kullanılan yarı iletkenlerdir.
Üstteki şekil
foto pilin karakteristik eğrisi olmaktadır. Eğri incelendiğinde ışık şiddeti
arttıkça akım ve gerilimin arttığı görülür.
3.Foto
Pilin Çalışması
Foto pil
üzerinde ışık oluştuğu anda (PN birleşme bölgesine) N bölgesinde elektronlar P
bölgesi içine doğru, P bölgesindeki oyuklarda N bölgesine doğru hareket ederler.
Birleşme bölgesinde negatif gerilim seti oluşur. Foto pile uygulanan ışık
birleşme bölgesindeki ters gerilim setini kırar. Uygulanan ışık miktarı
arttıkça ters gerilim setindeki kırılma artar. N bölgesi yüzeyine düşen ışık
ile bu kısımda negatif foto pil hücreleri oluşur. Dış devre kapalı bir elektrik
devresi yapacak şekilde yüke bağlandığında yük üzerinde akım geçtiği görülür.
ODAKLAYICI
SORU: Foto pillerin seri bağlanmasındaki amaç nedir?
YAŞAMSAL ÖRNEK : Foto pil ışığa duyarlı enerji kaynağı olarak askeri
amaçla kullanılan elektrik devrelerin beslenmesinde kullanılır. Foto transistor
seri imalatta banttan geçen malların sayılmasında veya kesilerek
paketlenmesinde hava kararınca yanan lambalarda hızsız alarm sistemlerde ve
turnikelerde kullanılır.
DURUMSAL ÇALIŞMA : İki bacaklı foto transistörler
ile yapılan ve ışığa bağımlı olarak çalışan bir devre tasarlayınız?
G. FOTO TRANSİSTÖR
1. Foto
transistörün yapısı:
Foto transistörler
ışığı her yönüyle algılayacak şekilde imal edilirler. Foto transistörün
sembolü ve foto diyot – transistör eşdeğeri şöyledir.
İRDELEYİCİ SORU : Foto transistörün normal transistörden ne farkı vardır?
2. Foto
Transistörün özellikleri:
Foto transistörler
elektrik akımını ışık ile kontrol eden devre elemanlarıdır. Normal transistörün çalışma prensibine benzer. Normal transistörler de baza gelen
elektrik sinyali yerine foto transistörlerde baza
ışık gelir. Foto transistörler iki veya üç bacaklı
olabilirler. Üç bacalı olanlarda baz bir terminal ile
dışarıya verilmiştir. Bu tip transistörler normal bipolar transistörler gibi
kullanılabilirler. Işığın geldiği mercek kapatılmazsa normal transistör çalışması ile beraber ışık etkisi de ilave
edilmiş olur. İki bacaklı olan foto transistörlerde
ise baza bağlı bacak kaldırılmıştır. Bu durumda sadece
ışık ile çalışma gerçekleştirilir. Piyasada bulunan foto transistörlerin
büyük çoğunluğu iki bacaklı olanlardır.
3. Foto
transistörün çalışması:
Gerilim tatbik edilmiş bir yarı iletken üzerine uygun dalga boyunda bir
ışık düşürüldüğünde (+) oyuklarla (-) elektronlar diyotlarda olduğu gibi devre
üzerinden akarlar. Bu akma miktarı uygulanan ışık miktarına bağlıdır. Bu
şekilde ışık miktarı ile orantılı bir elektrik akımı doğmuş olur. Işık
miktarının fazla düşmesi için foto transistörlerin baz alanı ışığa geniş bir yüzey teşkil edecek bir şekilde
tasarlanmıştır.
H.
DİĞER IŞIK KONTROLLÜ ELEMANLAR
Foto Darlington transistör: Bir darlington transistörün beyz ucu ışık ile
kontrol edilirse foto darlington transistör
elde edilir. Foto darlington transistörlerin
akım kazancı yapısındaki iki transistörün akım
kazançlarının çarpımına eşittir. Bu yüzden normal foto transistöre
kıyasla algılamaları daha hassas olmaktadır.
Foto tristör: Bir tristörün
geyt ucunun bağlı olduğu bölgeye ışık uygulayarak
iletime geçiriyorsak bu elemana foto tristör ismi
verilir. Foto tristörlere LASCR ismi de verilir. Foto
tristörler ışıkla tetiklenebildiği gibi geyt ucundan akım vererek de normal tristörlerdeki
gibi tetikleyebiliriz.
Opto kuplör ( Opto izolatör ): Bir ışık yayan elemanla ışık algılayan elemanın bir
kılıf içinde devreleri birbirinden izole etmek amacıyla toplanmış haline denir. Işık yayan
eleman genellikle bir LED olmasına karşılık, Işık algılayıcı olarak foto diyot,
foto transistör, foto darlington
transistör, foto tristör
gibi elemanlar kullanılmaktadır. Genellikle birden fazla devrenin elektriksel
olarak birbirinden yalıtılırken aynı zamanda devreler arasında bilgi akışının
devam etmesi gerektiği yerlerde kullanılır. Mesela anahtarlamalı mod güç kaynakları , bilgisayar
kontrollü cihazların girişleri, jeneratör kontrol devreleri vb. yerlerde çok
sık kullanılır.
I.
UYGULAMA DEVRELERİ ŞEMALARI VE ÖZELLİKLERİ
