OPTİK TRANSDUSERLER

Güncelleme 08/02/2024

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. 10 cm çapındaki foto pile çok parlak bir gün ışığı uygulanırsa 0,5 volt’luk bir gerilim indüklenir. Foto pillerden daha yüksek gerilim elde etmek istenirse piller seri bağlanır.

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