5-Optik Sensor ve Transduserler

SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
2
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
Üzerine düşen ışığa bağlı olarak üstünden geçen akımı değiştiren elemanlara optik
eleman denir. Optik transdüserler ışık miktarındaki değişmeleri elektriksel işaretlere
dönüştürürler. Bu elemanlar genellikle küçük akımlı elemanlardır. Optik
transdüserler yüksek akım çeken ve yüksek gerilim ile çalışan yükler için bir
devrenin girişinde algılayıcı olarak kullanılırlar.
1-) Foto Direnç (LDR – Light Dependent Resistor)
Çalışma Prensibi
Üzerine ışık düştüğünde direnci azalan,
karanlıkta ise direnci artan elemana foto
direnç (LDR) denir.
Foto Direncin direnci, ışık ile ters orantılı bir
şekilde değişim gösterir.
Yandaki grafikte, LDR’ nin direncinin ışıkla
değişim eğrisi görülmektedir.
Işık, L1 gibi düşük bir seviyede iken LDR
direnci R2 gibi yüksek bir değerdedir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
3
Işık, L2 gibi yüksek bir seviyede iken LDR direnci R1 gibi düşük bir değerdedir.
Foto Direnç, Işığa Bağımlı Direnç (Light
Dependent Resistor) olarak ta adlandırılır.
Devrelerde LDR kısaltması ile gösterilir.
Sunumun bundan sonraki bölümlerinde
Foto Direnç, LDR kısaltması ile
gösterilecektir.
Foto Direncin
Fiziksel Görünümü
Foto Direncin
Sembolleri
Üstteki şekillerde, LDR’ nin fiziksel görünümü ve
devre bağlantılarında kullanılan sembolleri
görülmektedir.
Yandaki şekilde ise LDR’ nin kısımları
görülmektedir.
Foto Direncin Kısımları
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
4
Foto dirençler, kadmiyum sülfit ve kadmiyum selenid
gibi ışığa duyarlı kimyasal maddelerden oluşmuştur.
Yandaki şekilde, LDR’ nin üzerindeki Kadmiyum
Sülfit yol görülmektedir.
İki metal film kontak arasına yerleştirilmiş,
Kadmiyum Sülfit maddesi, uygulanan ışık ile direnç
değiştirir ve direnç değeri düşer.
Karanlıkta (Işık yok iken), Kadmiyum Sülfit yüksek
direnç gösterir.
Foto Direncin Kısımları
LDR’ nin Devrede Gerilim Bölücü Direnç ile Kullanılması
LDR, gerilim bölücü direnç ile kullanılırken iki şekilde devre bağlantısı yapılır.
Birinci bağlantı şeklinde LDR şaseye yakın bağlanır. Bu bağlantı şekline Pull Down
bağlantı adı verilir.
İkinci bağlantı şeklinde LDR besleme gerilimine yakın bağlanır. Bu bağlantı şekline
Pull Up bağlantı adı verilir. Bu bağlantı şekillerine göre, LDR ve dirençten oluşan
gerilim bölücü devre, ışığa bağlı olarak çıkışlarında bir gerilim değeri üretir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
a) LDR’ nin Şaseye Yakın Bağlanması (Pull Down)
LDR’ nin şaseye yakın bağlantısı
sırasında, üzerine ışık uygulanırsa,
LDR’nin direnci düşeceği için uçlarında
düşük çıkış gerilimi elde edilir.
LDR üzerinde ışık yok iken, direnci
yüksektir. Üzerinde düşen gerilim
miktarı da yüksek olacaktır.
Devre bu hali ile çıkış uçlarında LOW (Düşük) ve HIGH (Yüksek) gerilim değerleri
üretir.
Devrenin çıkış ucuna bir transistör, tristör veya İşlemsel Yükselteç adı verilen bir
devre elemanı bağlanırsa, LDR ışığı algılayan bir sensör gibi çalışır ve çıkışa
bağlanan Röle, LED, Motor v.b elemanların çalışması veya durması sağlanır.
5
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
b) LDR’ nin Beslemeye Yakın Bağlanması (Pull Up)
LDR’ nin beslemeye yakın bağlantısı
sırasında, üzerine ışık uygulanırsa,
direnci düşeceği için devrenin çıkış
uçlarında yüksek gerilim elde edilir.
LDR direnci, ışık ile azalacağı için
gerilim bölücü direnç üzerinde (R1)
düşen gerilim değeri artacaktır.
LDR üzerinde ışık yok iken, direnci
yüksektir. R1 direnci üzerinde düşen
gerilim miktarı da düşük olacaktır.
Devre bu hali ile çıkış uçlarında HIGH (Yüksek) ve LOW (Düşük) gerilim değerleri
üretir.
Devrenin çıkış ucuna bir transistör, tristör veya İşlemsel Yükselteç adı verilen bir
devre elemanı bağlanırsa, LDR ışığı algılayan bir sensör gibi çalışır ve çıkışa
bağlanan Röle, LED, Motor v.b elemanların çalışması veya durması sağlanır.
6
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
7
LDR (Işığa Duyarlı) Direncin Ölçülmesi (Sağlamlık Kontrolu)
20 KΩ
dirençli
LDR
Örnek olarak ; 20K direnç
değerine sahip (Karanlık
Direnci) LDR ölçeceğiz.
1.Ölçüm, Karanlık Ölçümü ;
* LDR’ nin üzeri ışık
almayacak şekilde tamamen
kapatılır.
* AVO metre üzerinden gerekli
olan ölçüm kademesi seçilir.
* Dirence el değdirilmeden
ölçüm yapılır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
20 KΩ
dirençli
LDR
8
2.Ölçüm, Yarı Karanlık
(Gölgedeki) Ölçümü ;
* LDR’ nin üzeri yarı ışık
alacak şekilde elle, kağıt ile
veya bant ile kapatılır.
* AVO metre üzerinden gerekli
olan ölçüm kademesi seçilir.
* Dirence el değdirilmeden
ölçüm yapılır.
Bu ölçümde, LDR’ nin yarı
karanlıktaki (gölgedeki)
ortalama direnç ölçülmüş olur.
Bu değer yaklaşık olarak, LDR
direncinin yarısı kadardır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
20 KΩ
dirençli
LDR
9
3.Ölçüm, Aydınlık Ölçümü ;
* LDR’ nin üzeri tamamen ışık
alacak şekilde açılır. Bir lamba
ışığı veya güneş ışığı direk
uygulanabilir.
* AVO metre üzerinden gerekli
olan ölçüm kademesi seçilir.
* Dirence el değdirilmeden
ölçüm yapılır.
Bu ölçümde, LDR’ nin
aydınlıktaki direnç değeri
ölçülmüş olur. Bu değer LDR’nin
minimum (en düşük), direncidir.
LDR, her 3 ölçümde,
örnektekine benzer
davranışlar gösterir ise
sağlamdır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
10
LDR’ nin Kullanım Alanları
Işığa bağlı olarak kontrol edilmek istenilen tüm devrelerde kullanılabilir. Alarm
devrelerinde, sayıcılarda , flaşlı fotoğraf makinelerinde park, bahçe ve sokak
aydınlatmalarında kullanılır.
Foto Direnç (LDR) Uygulama Devresi - 1
Şekildeki devrede, bir transistörle tristörün
kontrol edilmesi görülmektedir. LDR üzerine ışık
düştüğü zaman devre çalışır.
İlk anda LDR üzerinde ışık yokken direnci
yüksektir. T1 transistörünün beyz polarması
negatiftir. Dolayısı ile transistör ve tristör
kesimdedir. LDR üzerine ışık geldiği zaman
direnci azalarak T1 transistörünü iletime sokar.
İletime geçen transistör, tristörü tetikleyerek
iletime sokar.
Reset tuşuna basılıncaya kadar devre çalışmasına devam eder. Tristörün anoduna
bir röle bağlayarak daha yüksek güçlü yükler kontrol edilebilir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
11
Foto Direnç (LDR) Uygulama Devresi - 2
Şekildeki devrede, diyak ve triyak
kullanılarak yapılmış gece lambası
görülmektedir. Bu devreler başka amaçlar
için de kullanılabilir. LDR üzerine ışık
düştüğü zaman direnci azalır ve diyakın
ucundaki potansiyeli, ateşleme geriliminin
altında tutar. Dolayısı ile diyak iletime
geçmez ve triyak kesimdedir. Işık kesildiği
zaman LDR direnci yükselir.
Diyak uçlarındaki gerilim, diyakın ateşleme değerine ulaştığı anda diyak iletime
geçer ve triyakı tetikler. İletime geçen triyak üzerinden bir akım akar ve lamba ışık
verir.
Işık geldiği zaman diyakın giriş ucu nötr potansiyeline yaklaşacağı için, diyakın
ateşlemesi (iletimi) durur, triyakın tetiklemesi kesilir ve devrenin çalışması durdurur.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
12
Foto Direnç (LDR) Uygulama Devresi - 3
Devre, karşılaştırıcı olarak
çalışan işlemsel yükselteç
entegresi temel alınarak
kurulmuştur.
LDR üzerindeki gerilim
değişikliği ile 10K’luk
potansiyometre üzerindeki
referans gerilimi karşılaştırılarak
çıkış gerilimi elde edilir.
10K’luk direnç ile referans gerilimi, hem pozitif hemde negatif değere ayarlanabilir.
Bu durumda devre yapılan ayara göre ışık varken veya ışık yokken çalışabilecek
şekilde düzenlenmiş olur.
Devreyi Breadboard üzerine kurarak, uygulama devresi olarak kurabilir, çalışmasını
gözlemleyebilirsiniz.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
13
2-) Foto Diyot (Photo Diode)
Normal diyotlar, doğru polarma edildiklerinde (Anota +, Katoda - uygulandığında),
üzerlerindeki gerilim yaklaşık 0,7V’ tu geçtiği zaman iletime geçerler. Foto Diyotlar,
ters gerilim altında (Anota -, Katoda + verildiğinde), üzerlerine uygulanan ışık ile
iletime geçen diyotlardır.
Fotodiyot, üzerine düşen ışıkla orantılı olarak gerilim
üretir. Ancak bu özelliği yerine genellikle uygulamada
ters polarite de beslenir ve sızıntı akımının ışıkla
orantılı değişmesi özelliğinden yararlanılır.
Işığın girebilmesi için katot bölgesine açılan şeffaf bir
pencere bulunmaktadır. Fotodiyot, tıkama yönünde
(ters yönde) devreye bağlanır. Karanlıkta tıkama
yönünde 1 mikroamper civarında, küçük değerli bir
akım akar.
Foto Diyodun Fiziksel Görünümü
Fotodiyotun katot kısmına ışık düşürülünce, tıkama yönündeki akım ışıkla orantılı
olarak artar. İdeal olarak karanlıkta açık devre ve aydınlıkta kısa devre gibi kabul
edilebilir. Fotodiyotların uygulama alanları fotodirençlere benzer.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
14
Foto diyota tıkama yönünde bir gerilim uygulandığı zaman, bir fotoiletken eleman ve
iletim yönünde gerilim olduğu zaman ise foto voltaik eleman özelliğindedir. Çeşitli
ölçü ve kontrol düzenlerinde foto diyotun bu iki özelliğinden faydalanılmaktadır.
Foto diyotun cevap zamanı, foto dirençten daha hızlıdır. Dolayısıyla, foto diyotlar ışık
değişimleri hızlı olan yüksek frekanslı uygulamalarda kullanılır.
Çeşitli Foto Diyotların Fiziksel Görünümleri
Foto Diyot Sembolü
Pozometrelerde, hırsız alarm sistemlerinde, tv, müzik seti
vs uzaktan kumanda aletlerinde otomatik açılır kapanır
kapı sistemlerinde, otomatik çalışan gece lambalarında
ışık algılayıcısı olarak kullanılmaktadır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
Foto Diyot’un Çalışması
Foto Diyotun iç yapısı şekilde görülmektedir. Devreye ters bağlanan foto diyot
üzerine uygulanan ışık fotonları P ve N maddesi arasındaki azalma bölgesinin
aşılmasını ve diyottan akım geçmesini sağlar.
15
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
Foto Diyotun fiziksel yapısındaki kısımlar şekildeki gibidir. Diyot üzerindeki cam
pencereden uygulanan ışık, diyotun iletime geçmesini sağlar.
16
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
17
Foto Diyot’un Gerilim Bölücü Direnç ile Devreye Bağlanması
1-) Foto Diyot’ un Besleme Gerilimine Yakın Bağlanması (Pull Up)
Foto Diyot, ters gerilim altında
çalıştığı için devreye şekildeki gibi
ters bağlanır.
Direnç, Foto Diyot’u hem aşırı
gerilimden korur, hem de gerilim
bölücü olarak görev yapar.
Foto Diyot besleme gerilimine yakın
bağlandığı için aşağıda anlatıldığı
gibi tepki verir.
Foto Diyot üzerinde ışık varken, PN eklemine uygulanan ışık fotonları bu bölgenin
aşılmasını sağlar ve Foto Diyot iletime geçer. Gerilim bölücü devrenin çıkış uçlarında
maksimum gerilim okunur.
Foto Diyot üzerinde ışık yok iken, yalıtımdadır. Gerilim bölücü devrenin çıkış
uçlarında minimum gerilim okunur.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
18
2-) Foto Diyot’ un Şaseye Yakın Bağlanması (Pull Down)
Foto Diyot şase potansiyeline yakın
bağlandığı için aşağıda anlatıldığı gibi
tepki verir.
Foto Diyot üzerinde ışık var iken
iletime geçer. Üzerinde düşen gerilim
değeri minimumdur.
Foto Diyot üzerinde ışık yok iken,
kesimdedir, yani yalıtkandır. Üzerinde
düşen gerilim değeri maksimumdur.
Foto Diyot ve Dirençten oluşan bu gerilim bölücü devrenin çıkış ucu, transistör ve
karşılaştırıcı entegrelerine uygulanırsa, istenilen devre modelleri elde edilebilir.
Örnek ölçümlerde, R1 direnci 10KΩ, +V besleme gerilimi +5V olarak seçilmiş ve
ölçüm yapılmıştır. Yukarıdaki devre için ;
Işık Var iken Vçıkış = 0,12V
Işık Yok iken Vçıkış = 4,80V ölçülmüştür.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
Foto Diyot’ un Sağlamlık Testi, Ölçülmesi
19
Işık
Foto Diyot bir diyot türü
olduğu için AVO metre ile
ölçümü sırasında Diyot
kademesi kullanılır.
1-) AVO metre, Diyot
kademesine alınır.
2-) Foto Diyot üzerine Işık
uygulanır.
3-) Siyah Prob Katot, Kırmızı
Prob Anot ucuna değdirilir.
Diyot, bu durumda doğru
polarma edilmiştir. Fakat Foto
Diyot, ters polarma altında
çalıştığı için ekranda şekildeki
gibi 1 yazısı görülür. Bu çok
yüksek direnç anlamındadır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
20
Işık
1-) AVO metre, Diyot
kademesinde iken Siyah Prob
Anot, Kırmızı Prob Katot ucuna
değdirilir.
2-) Foto Diyot üzerine Işık
uygulanır.
3-) Diyot, ters polarma altında
olduğu için iletime geçer.
Ekranda şekildeki gibi 065 yazısı
görülür. Bu 65Ω civarında bir
direnç değeridir.
Örnek ölçümde, 60W’ lık Akkor
Flemanlı bir ampül, Foto Diyot’a
yaklaşık 10 cm yaklaştırılarak bu
değer elde edilmiştir. Işık kaynağı
Foto Diyot’ tan uzaklaştıkça
ekranda 1 yazısı görülecektir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
21
Foto Diyot Uygulama Devresi - I
T1
T2
Şekilde, aydınlıkta (ışık var iken) çalışan,
karanlıkta (ışık yok iken) duran Foto Diyot’ lu
devre görülmektedir.
Foto Diyot, üzerinde ışık yok iken yalıtımdadır. T1
transistörünün beyz gerilimi sağlanmadığı için
(0,7V’ un altında kaldığı için) yalıtkandır. Dolayısı
ile ona bağlı olan T2 transistörü de yalıtkan
durumdadır.
Foto Diyot üzerine ışık düştüğü anda (aydınlıkta), iletime geçer. T1 transistörünün
beyz gerilimi 0,7V’ u aştığı anda iletime geçer. T1 transistörünün iletime geçmesi
ile T2 transistörü de beyz gerilimini almaya başlar ve iletime geçer. Röle enerjilenir
ve kontakları çeker.
Foto Diyot üzerindeki ışık kesildiği zaman, T1 ve T2 transistörleri beyz gerilimini
alamadığı için yalıtıma girerler. Röle kontakları bırakır. Işık yok iken her iki
transistör aynı anda yalıtıma girer. Işık var iken aynı anda iletime girerler.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
22
Foto Diyot Uygulama Devresi - II
Şekilde İşlemsel Yükselteç
entegresi ile birlikte kullanılmış
Foto Diyot devresi görülmektedir.
İşlemsel Yükselteç (OP-AMP),
devrede eviren karşılaştırıcı olarak
çalışır ve LM741 entegresinin 3
nolu ve 2 nolu ayağındaki
gerilimleri karşılaştırarak bir çıkış
üretir. Entegrenin 3 nolu ayağına
100KΩ’ luk trimpot ile referans
gerilimi uygulanır. Bu gerilim örnek
devrede 3V olarak ayarlanmıştır.
Foto Diyot üzerinde ışık var iken iletimdedir. 15KΩ’ luk direnç üzerinde düşen
gerilim yüksektir. Dolayısı ile 2.nolu uçtaki gerilim, 3.nolu uçtaki gerilimden yüksek
olur. Entegre 0V çıkış üretir. Transistör kesimdedir. Röle çekili değildir.
Foto Diyot üzerine gelen ışık kesildiği zaman, 15KΩ’ luk direnç üzerinde düşen
gerilim düşüktür. Dolayısı ile 2.nolu uçtaki gerilim, 3.nolu uçtaki gerilimden düşük
olur. Entegre 12V’a yakın çıkış gerilimi üretir. Transistör iletimdedir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
23
Foto Diyot Uygulama Devresi - III
Yandaki devre, bir önceki
uygulama devresinin aynısı
olmakla birlikte, 15KΩ’ luk direnç
ile Foto Diyot’un yerleri
değiştirilmiştir. Foto Diyot, şaseye
yakın bağlanmıştır.
Devre, Işık var iken çalışacak, ışık
yok iken duracak şekile
dönüşmüştür.
3.Nolu ayaktaki referans gerilimi,
örnek devrede 9V ayarlanmıştır.
Entegre, yine Eviren Karşılaştırıcı olarak çalışmaktadır. Foto Diyot üzerinde Işık var
iken iletimdedir. Üzerinde düşen gerilim minimumdur. Entegrenin 3.nolu ayağındaki
gerilim daha yüksek olduğu için entegre çıkışında 12V’a yakın (besleme gerilimine
yakın) gerilim elde edilir. Transistör iletimdedir. Röle kontakları çeker.
Diyot üzerinde ışık yok iken yalıtkandır. Üzerinde düşen gerilim, 3.nolu ayaktaki
gerilimden yüksek olur. Entegre 0V civarı çıkış üretir. Transistör kesimdedir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
24
3-) Foto Transistör (Photo Transistor)
Foto Transistör için Işığa Duyarlı Transistör denebilir. Çalışma prensibi normal
transistöre benzese de ondan farklılıkları vardır.
Foto Transistör, beyz polarma gerilimini, üzerinde bulunan mercekli bir pencereden
giren ışık fotonları yardımı ile alır. Mercekli pencereden giren ışık fotonları, beyz
gerilimini sağlayarak transistörün iletime geçmesini sağlar.
Foto Diyot ile Foto Transistörün
görünüşleri birbirine benzese de aynı
değildir. Foto Diyot ve normal bir
transistörü şekildeki gibi bağlayıp,
Foto Transistör eşdeğeri elde edilebilir.
Foto Diyot ve
Transistör Eşdeğeri
Foto Transistör
Sembolü
Foto Transistör sembolü de yandaki
şekilde görülmektedir. Sembolü, beyz
ucunda ışık fotonlarını gösteren ok
işaretleri ile normal transistörden ayrılır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
Çeşitli Foto Transistörler
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
25
Foto Transistör’ün dış kılıfı,
ortamdaki harici ışımalardan ve
parazit sinyallerden etkilenmemesi
için genellikle metal olarak imal
edilir.
Tepki süresi, Işığa Bağımlı Direnç
(LDR)’ den hızlıdır ve iyidir. Foto
Diyot ile karşılaştırıldığında, Foto
Diyot’un tepki süresinin ve hızının
daha iyi olduğu görülür.
Devre bağlantıları açısından Foto Diyot daha fazla basitlik ve sadelik sunduğu için,
son yıllarda devrelerde Foto Transistör yerine Foto Fiyot’ların daha fazla tercih
edilmesine yol açmıştır.
Foto Transistörün, PNP ve NPN olan tipleri mevcuttur. Darlington bağlantılı Foto
Transistörlere de rastlanır.
Çalışması ve AVO metre ile sağlamlık kontrolu, normal transistöre benzer. Normal
transistörü bilenler, aynı yöntemleri, Foto Transistör için de uygulayabilir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
26
Foto Transistör, sensör olarak devreye
bağlanacağı zaman, yandaki
bağlantılarda görüldüğü gibi ortak
emiterli (şaseye yakın) bağlantı veya
ortak kollektörlü (besleme gerilimine
yakın) bağlantı kullanılır.
Çıkış ucu bir yükseltece, karşılaştırıcıya
veya bir anahtar transistörüne
bağlanabilir.
Ortak Emiterli Bağlantı’da Foto Transistör üzerinde ışık yok iken yalıtımdadır. Çıkış
ucundan yüksek değerde gerilim alınır. Foto Transistör üzerine ışık geldiği zaman
iletime geçer. Çıkış ucundan düşük gerilim alınır.
Ortak Kollektörlü Bağlantı’ da (Emiter İzleyici adı da verilir), Foto Transistör
üzerinde ışık yok iken yalıtımdadır. Çıkış gerilimi minimum değerdedir.
Foto Transistör üzerine ışık geldiği zaman iletime geçer. Çıkış gerilimi maksimum
değere çıkar.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
27
Foto Transistör Uygulama Devresi - I
Şekildeki devrede, ışık yok
iken (karanlıkta) çalışan, ışık
geldiği zaman çalışması
duran, Foto Transistörlü
devre görülmektedir. Devre,
NE555 entegresi temel
alınarak oluşturulmuştur.
Foto Diyot, üzerinde ışık yok iken yalıtımdadır. BC546 transistörünü de yalıtımda
tutar. NE555 entegresinin 2.nolu girişi 1M üzerinden (+) potansiyelde tutulur. Entegre
çıkışında şase potansiyeline yakın bir gerilim vardır. Röle kontakları çekilidir.
Foto Diyot, üzerine ışık düştüğü zaman iletime geçer ve BC546 transistörünün beyz
gerilimini sağlar ve bu transistörü de iletime sokar. BC546’nın iletime girmesi,
entegrenin 2.nolu ayağını şase potansiyeline çeker ve entegre çıkışında besleme
gerilimine yakın bir gerilim oluşur. Röle kontakları bırakır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
28
Foto Transistör Uygulama Devresi - II
Şekildeki devrede, Foto
Transistör ve İşlemsel
Yükselteç entegresi ile
yapılmış, ışık kontrol devresi
görülmektedir.
İşlemsel Yükselteç, faz
çeviren (eviren) karşılaştırıcı
olarak çalışmaktadır. Foto
Transistör besleme kaynağına
yakın bağlanmıştır.
Işık yok iken, Foto Transistör yalıtımdadır. Entegrenin 3.nolu ayağında yaklaşık 6V
referans gerilimi bulunmaktadır. Işık olmadığı zaman, 2.nolu uçtaki giriş gerilimi,
referans geriliminden düşüktür. Entegre çıkışında besleme gerilimine yakın DC
gerilim oluşur. BC556 PNP transistörü kesimdedir. Röle çekili değildir.
Işık var iken, Foto Transistör iletimdedir. BC546 transistörünü de iletime geçirir.
2.nolu uçtaki gerilim, 3.nolu uçtaki gerilimden yüksek olur. Entegre çıkışında 1,5-2V
civarında gerilim oluşur. BC556 iletime geçer. Röle kontakları çeker.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
29
4-) PIR Sensör (Passive InfraRed Sensor)
PIR Sensörleri, Pasif Kızılötesi Sensör (Passive InfraRed Sensor) olarak veya Enerji
Değişimini Algılayan Kızılötesi Hareket Sensörü (Pyroelectric InfraRed Sensör)
olarak isimlendirilirler.
PIR Sensörleri, elektronik sensörlerdir. Ortama yayılan ve nesnelerden yansıyan
kızılötesi ışınları algılayarak elektriksel sinyale çevirirler. Bu yüzden hareket sensörü
olarak güvenlik ve hırsız ikaz sistemlerinde sık olarak kullanılırlar.
PIR sensörleri, FET tabanlı elektronik sensörlerdir.
Piyasada PIR Sensörü olarak sıklıkla PIR RE200B,
PIR D203S, PIR D204S sensörleri bulunur.
PIR D203S
Sensörünün
Ayak Bağlantısı
PIR D203S Sensörünün
Fiziksel Görünümü
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
PIR Sensörün Eşdeğeri
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
30
PIR Sensörleri, ortamdan yansıyan kızılötesi
sinyalleri daha iyi alabilmek için önlerine odaklama
işleminde kullanılan Fresnel Lens adı verilen bir
odaklayıcı kullanır. Bu lens, ortamdan yansıyan
kızılötesi ışınları PIR sensörün penceresine odaklar.
Yandaki şekilde, çift (dual) elementli PIR sensörün
eşdeğer bağlantısı görülmektedir.
Aşağıdaki blok diyagramda ise PIR Dedektörünün iç
yapısı görülmektedir.
PIR Dedektörünün Blok Şeması
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
PIR sensörünün yaydığı kızılötesi
sinyalin tarama alanına giren canlılar,
yansıyan sinyallerin PIR sensörü
tarafından algılanması ile tespit edilirler.
PIR Sensörleri,
Yaklaşık, 125º ile
138º ‘lik geniş bir
Açı ile tarama alanı
oluşturabilirler. Bu alana giren
canlılar algılanırlar.
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
31
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
32
PIR Sensörünün Çalışma Prensibi
İnsanlar, hayvanlar v.b hareket eden canlılar, hareket ettiklerinde ortamda bir
sıcaklık farkı oluştururlar ve etrafa kızılötesi ışınlar yayarlar. Bu ışınlar belli
mesafelere kadar güçlü bir şekilde yayılmakta ve PIR sensörü bulunan bir alanda,
sensörün algılama mesafesine girenlerin yaydığı kızılötesi ışınlar Fresnel Lens
sayesinde odaklanarak PIR Sensöre uygulanmaktadır.
Bu ışınlar PIR Sensör
tarafından tespit edilip
değerlendirilmektedir. Bu
değerlendirme sonucunda
alınan sinyal, gerçekten
bir canlının (insan, hayvan
v.b) hareketi ise hareket
sensörü çıkışına bağlı
olan alarmı v.b sistemi
çalıştırmaktadırlar.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
PIR Sensörleri devre elemanı
olarak alınıp, devreye
bağlanabilirler.
33
Aşağıdaki şekillerde olduğu gibi, hazır
PIR dedektör devreleri alınarak
gerekli bağlantılar yapılabilir.
Fresnel
Lens
PIR Dedektörü
PIR dedektör devrelerinde gerekli olan,
Yükselteç ve karşılaştırıcı devreleri ve
PIR Sensörü doğrudan devre üzerine monte edilmişlerdir. Sadece çıkış uçlarına
röle, tristör, triyak, optik bağlayıcı v.b çıkış elemanlarının bağlanması kalmıştır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
PIR Sensörü ve Devresi Birlikte Hazır Olarak Bulunabilen PIR Dedektörü ve Ayak Bağlantıları
34
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
PIR Sensörün Önüne Takılan
Fresnel Lens’in Dış Bükey Görünümü
35
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
PIR Sensörün Önüne Takılan
Fresnel Lens’in İç Bükey Görünümü
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
36
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
37
PIR Sensör Uygulama Devresi - I
1
2
3
Şekilde, PIR sensör kullanılarak yapılmış PIR Dedektör devresinin çıkışına
bağlanmış Röle Sürücü devresi görülmektedir.
PIR Dedektör, hareket algıladığı zaman sayısal bir çıkış üretir. Bu sayısal çıkışın
lojik-1 bilgisi D1 diyotu ile T1 transistörünün beyz uzuna uygulanmıştır. Transistör
iletime geçer ve röle çeker. PIR Dedektör çıkışında sinyal yok iken transistör
yalıtımdadır. Röle kontakları çekili değildir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
PIR Sensör Uygulama Devresi - II
Devreyi Proje
Olarak yapınız.
Çalışmasını
Tartışınız.
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
38
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
39
5-) Işık Yayan Diyot (LED – Light Emitting Diode)
LED, Işık Yayan Diyot (Light Emitting Diode) kelimesinin kısaltmasıdır.
Işık yayan diyotlar, doğru yönde gerilim uygulandığı zaman ışık yayan diğer bir
deyimle elektriksel enerjiyi ışık enerjisi haline dönüştüren özel katkı maddeli PN
diyotlardır.
LED’ ler, normal diyotlar gibi Anot (+) ve Katot (-)
uçlarına sahiptirler. Normal diyotlar, yaklaşık 0,7V
eşik gerilimi aşıldığı zaman iletime geçerler.
LED’ ler kullanılan katkı maddelerin özelliklerine
göre farklı gerilim değerlerinde iletime geçerler ve
iletime geçme anlarında ortama çeşitli renkte ışık
LED Sembolü
yayarlar.
LED’lerin fiziksel görünümleri, normal diyotlardan
farklıdır.
Hem AC gerilimde hem de DC gerilimde çalışıp,
ışık yayabilirler.
DC Gerilimde (+) ve (-) gerilim yönleri Anot ve
Katot’a doğru bağlanmalıdır.
AC gerilimde her iki yönde de çalışabilirler.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
LED’ in Çalışması
DC Gerilim Kaynağı
40
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
41
LED, doğru yönde DC gerilim uygulandığında (Anot’una (+), Katot’una (-) gerilim
uygulandığında), P maddesi içerisindeki pozitif yüklü oyuklar (hole) ve N maddesi
içerisindeki negatif yüklü elektronlar (electron), birleşim yüzeyine doğru itilirler.
Birleşim yüzeyindeki gerilim engeli aşıldığında, LED iletime geçer, oyuk ve
elektronlar birleşir, ortaya ışık fotonları çıkar. LED’in dış yapısı bu fotonları ışık
olarak ortama yayar.
LED, ters yönde DC gerilim uygulandığında iletime geçmez. Yalıtkandır. Dolayısı
ile ışık vermez. Normal diyotun çalışmasına benzer bir çalışma mantığı vardır.
Sadece iletim anında ışık yayar.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
LED’in Yapısı
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
42
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
43
LED’in Yapısını Oluşturan Maddeler, LED Renkleri ve Çalışma Gerilimleri
LED, yapımında kullanılan
yarıiletken maddelerin
türlerine ve birleşimlerine
göre çeşitli renklerde ışık
yayarlar.
Kullanılan yarıiletken
maddeye göre LED’lerin
yaydığı ışık ve dalga boyu
yandaki tabloda
görülmektedir.
LED’ler kullanılan
maddelerin özelliklerine
göre farklı ve çeşitli gerilim
değerlerinde çalışırlar.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
LED’ lerin Renklerine Göre Çalışma Gerilimleri Eğrisi
44
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
45
Yandaki tabloda, çeşitli renklerde ışık yayan
diyotların çalıştığı gerilim aralıkları
görülmektedir.
Bu gerilimler, LED’ler için minimum ve
maksimum gerilim değerlerini gösterse de
pratikte genellikle LED diyotlar için ortalama
bir gerilim ve akım değeri kullanılır.
Pratikte LED için ortalama değerler ;
LED Gerilimi (VLED) = 2V
LED Akımı (ILED) = 20mA
olarak kullanılmaktadır.
LED Renkleri ve Çalıştıkları
Gerilim Aralıkları
LED, tabloda belirtilen maksimum çalışma
geriliminin üstünde bir gerilim altında
çalışmaya zorlanırsa bozulur. Bu yüzden
LED, yüksek gerilimlerde ön direnç ile birlikte
kullanılır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
46
LED’in Ön direnç ile Çalıştırılması ve Ön direnç Hesabı
LED’ ler maksimum çalışma gerilimlerinin üzerinde bir gerilimde çalıştırılmak
istediklerinde aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi bir ön direnç (Rs) ile kullanılırlar. Bu
ön direnç ile istenilen gerilim değerlerinde sorunsuzca çalışırlar.
Devredeki ;
Vi
= Giriş gerilimi (Volt)
VLED = LED gerilimi (Volt) (Pratikte 2V alınacak)
ILED = LED akımı (mA) (Pratikte 20mA alınacak)
Rs
= Seri bağlanan ön direnç (Ohm)
ILED
VLED
Örnek ;
LED, 12V DC gerilimde
çalıştırılmak isteniyor. Ön
direnci hesaplayınız?
Rs öndirenci, yandaki basit
formülle hesaplanabilir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
47
LED’in Anot ve Katot Ayaklarının Bulunması
LED’in dış görünüşüne (fiziksel
görünüşüne) bakarak, Anot ve Katot
uçları yandaki şekilde görüldüğü gibi
bulunabilir.
1-) LED ilk kez kullanılacak ise
ayaklarından birisi uzun, diğeri daha
kısadır. Uzun ayak ANOT, kısa ayak
KATOT’ tur.
2-) LED, kullanılmış, ayakları kesilmiş ve her ikisi aynı boya gelmiş olabilir. Bu
durumda LED, ışığa tutularak içindeki büyük terminal tespit edilir. Büyük terminal ve
buna bağlı olan uç katot’ tur.
3-) LED ışığa tutulduğu halde içindeki terminaller görünemiyor ise yan tarafındaki
DÜZ kısım tespit edilir. Bu DÜZ kısmın bulunduğu uç, katot’ tur.
Tüm bunlara rağmen uçlar bulunamıyor ise LED, AVO metre ile ölçülür.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
48
LED’in Ölçülmesi, Sağlamlık Kontrolü
LED Işık Vermez
LED’ te bir diyot türü olduğu
için AVO metre ile ölçümü
sırasında Diyot kademesi
kullanılır.
1-) AVO metre, Diyot
kademesine alınır.
2-) Siyah Prob Anot, Kırmızı
Prob Katot ucuna değdirilir.
Diyot, bu durumda ters polarma
edilmiştir.
3-) Ekranda şekildeki gibi 1
yazısı görülür. Bu çok yüksek
direnç anlamındadır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
49
LED Işık Verir
LED, bu kez doğru polarma
altında ölçülür.
1-) AVO metre, Diyot
kademesinde iken Siyah Prob
Katot, Kırmızı Prob Anot ucuna
değdirilir. Diyot, bu durumda
doğru polarma edilmiştir.
2-) LED diyotta çok az da olsa
bir ışık belirir.
3-) LED’ in çalışma gerilimi
ortalama 2V civarında olduğu
için ekranda şekildeki gibi 1
yazısı görülür.
LED, doğru polarmada ışık
verdiği için sağlamdır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
50
LED Çeşitleri
LED’ ler kullanım amaçlarına göre çeşitli şekillerde üretilmişlerdir. Bunlar ;
1-) Tek Renkli LED (Normal LED)
2-) Çok Renkli LED (Multicolor LED)
3-) Kırmızı, Yeşil, Mavi LED (RGB LED)
4-) Güç LED’i (Power LED)
Çok Renkli LED (Multicolor LED)
İki veya daha fazla uca sahip LED çeşididir. Aynı yapı içerisine konulmuştur. İki
veya daha fazla ayağa sahip olabilir. Ayaklara farklı gerilimler vererek değişik
renklerde ışık vermesi sağlanır.
Yandaki şekilde, 2 renkli, 2 ayaklı LED’in yapısı
görülmektedir. Fiziksel görünüşü normal LED ile aynıdır.
A ucuna (+), B ucuna (-) verilirse LED, yeşil ışık verir.
A ucuna (-), B ucuna (+) verilirse LED, kırmızı ışık verir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
51
Yandaki şekilde, 3 renkli, 3 ayaklı LED’in yapısı
görülmektedir..
A1 ucuna (+), K ucuna (-) verilirse LED, kırmızı ışık
verir.
A2 ucuna (+), K ucuna (-) verilirse LED, yeşil ışık verir.
Aynı anda A1 ve A2 ucuna (+), K ucuna (-) verilirse
LED, sarı ışık verir.
3 Renkli, 3 ayaklı LED’in fiziksel görünümü ve ayak
bağlantısı yandaki şekilde görülmektedir.
Tek olarak kırmızı veya yeşil LED ayrı ayrı yakılabildiği
gibi her iki renk aynı anda yakılırsa sarıya yakın bir
renkte ışık verir.
ON / OFF (Açma / Kapama) devrelerinde devrenin açık
veya kapalı olduğunu renklerle belli etmek için
kullanılır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
52
Kırmızı, Yeşil, Mavi LED (RGB LED)
6 Ayaklı Kırmızı, Yeşil, Mavi LED
RGB LED’ ler, reklam panolarında ve LED’ lerden oluşturulmuş DEV ekranlarda
kullanılan LED’ lerdir.
Yukarıdaki 6 ayaklı RGB LED, ilk üretilen RGB LED’ lerdendir. Günümüzde RGB
LED teknolojisi geliştirilmiş ve TV, Projeksiyon ekranı gibi kullanılabilir olmuştur.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
53
Yeni jenerasyon RGB LED’ ler yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi 4 uçludur. Hem
ortak katot’ lu olarak, hem de ortak anot’ lu olarak üretilmektedir. RGB uçlarına
uygulanan gerilimler ile Kırmızı, Yeşil ve Mavi tonların yanı sıra beyaz ışık ta
üretmektedirler.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
RGB LED’ lerden oluşturulmuş LED ekran.
54
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
55
RGB LED’ lere uygulanan farklı gerilim değerleri ile (farklı dirençler seçerek) farklı
tonlarda kırmızı, yeşil ve mavi renk aynı LED kılıfından yakılabilmektedir.
Yukarıda, RGB LED’ ler için test devresi görülmektedir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
56
Güç LED’ leri (Power LED)
Son yıllarda LED teknolojisinin gelişmesi, bu elemanların araba farı, ev ve sokak
aydınlatması v.b yerlerde de kullanılmasına imkan vermiştir. Normal LED’ ler
miliWatt (mW) civarında güç harcarken, Güç LED’ leri Watt seviyesinde güç
harcamaktadır.
Çeşitli Güç LED’ lerinin Fiziksel Görünümü
Güç LED ‘leri fazla güç harcadıkları için ortaya ısı çıkmaktadır. Bu yüzden Güç
LED’ lerinin alt kısmı (katot) ısıyı yaymak için alüminyum’ dan yapılmıştır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
57
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
58
LED Uygulama Devreleri - I
Şekilde, 220V AC gerilim düşürülerek, 9 adet parlak LED’in yakıldığı devre şeması
görülmektedir. 220V AC gerilim, trafo kullanmadan direnç ve kondansatör yardımı
ile düşürülerek 9 adet parlak LED’ i yakar. Her LED üzerinde ortalama 2V düştüğü
kabul edilerek, devreye 18V zener diyot bağlanmıştır.
LED’ ler plaket veya breadboard üzerine şekildeki gibi yerleştirilerek, düşük güçlü
aydınlatma sistemleri elde edilebilir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
59
LED Uygulama Devreleri - II
Şekildeki devrede, şebeke gerilimi var iken prizden çalışan, gerilim kesilince
akü’den çalışmaya devam eden acil aydınlatma sisteminin (ışıldak) devre şeması
görülmektedir. Akü, şebeke gerilimi var iken aynı zamanda şarj olmaktadır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
60
LED Uygulama Devreleri - III
Şekilde, bir su
deposundaki su
seviyesini LED diyotlar
ile gösteren basit bir
devre görülmektedir.
Devre, ULN2004 güç
sürücü entegresi temel
alınarak oluşturulmuştur.
Depo dolu iken bütün
LED’ ler yanmaktadır.
Su seviyesi düşmeye
başlayınca, suyun
dışında kalan proba
bağlı LED’ ler söner.
Suyun azaldığı LED’ler
ile gözlenir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
61
6-) Kızılötesi Işık Yayan Diyot (Infrared Diode)
Kızılötesi LED’ ler (Infrared) doğru yönde DC gerilim altında, insan gözünün
göremediği frekans bandında kızılötesi ışık yayan diyodlardır.
İnsan gözünün göremeyeceği şekilde kızıl ötesi ışık yayarlar.
PN maddelerinin birlesmesiyle elde edilen
kızılötesi LED’lere dogru polarma
uygulandığında, foton adı verilen birbirinden
ayrı paketler halinde görünmeyen ışık
enerjisi yayarlar. Kızılötesi diyotlar devreye
normal LED diyot gibi bağlanırlar ve genelde
foto transistörlerle birlikte kullanılırlar.
Çeşitli uzaktan kumanda devrelerinde ve
kızılötesi alıcı verici devrelerinde kullanılırlar.
Kızılötesi LED’ in Fiziksel Görünümü
Görünmez ışık engellerinden oluşan güvenlik sistemlerinde, çizgi izleyen, sumo v.b
robot uygulamalarında sık olarak kullanılmaktadır
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
62
Kızılötesi Işık Engeli Blok Şeması
Kızılötesi diyotlarla
yapılan ışık engeli
Kızılötesi LED’ ler, karşıdan görmeli veya
yansımalı ışık engellerinde sık olarak
kullanılırlar. Birbirini gören IR Verici ve Alıcı
LED’ lerin arasına bir engel girip, kızılötesi ışığı
kestiği an, bir alarm, güvenlik sistemi v.b bir
devre çalıştırılabilir.
Yandaki şekilde, karşıdan görmeli bir kızılötesi
sistemdeki LED’ lerin yerleştirilmesi
görülmektedir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
Kızılötesi ışığın bir engelle karşılaşmadan
yoluna devam etmesi.
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
63
Kızılötesi ışığın bir engelden yansıyıp
Alıcı LED’ e ulaşması.
Yukarıdaki şekillerde, kızılötesi yansımalı ışık engelinde LED’ lerin yerleştirilmesi
görülmektedir. Verici ve Alıcı LED, birbirlerini etkilemesinler diye araya ayırıcı bir
engel konulmuştur. Verici LED, kızılötesi ışık yaymaya başladığında, karşısında bu
ışığı yansıtacak bir engel yok ise sinyal geri dönmez. Giden sinyalin önüne bir engel
çıktığı zaman, sinyal bu engelden yansıyarak, Alıcı LED’e ulaşır. Yaklaşım sensörü
gibi çalışmış olur. Robotlarda çizgi izlemede, engel tanımada kullanılır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
64
Kızılötesi Alıcı Sensörleri
Kızılötesi verici LED’ lerin yaydıkları gözle görülemeyen kızılötesi sinyalleri algılayıp,
çıkışında elektriksel sinyale çeviren, 3 uçlu, devrelerden oluşan, yarıiletken alıcı
sensörleridir.
PCM (Pulse Coded Modulation – Darbe Kodlu Modülasyon) tekniği kullanan TV,
Müzik Seti v.b cihazların alıcı kısımlarında, sumo robot, çizgi izleyen robot gibi
devrelerde engel tanıma, çizgi izleme gibi yerlerde, endüstriyel kontrol devrelerinde
kullanılır.
Kızılötesi Alıcı Sensörleri – Genellikle TSOP17xx / TSOP18xx Harfleri ile İsimlendirilirler.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
65
Kızılötesi alıcı sensörleri, farklı isimlere sahip tipleri olsa da TSOP17xx ve TSOP18xx
gibi isimlerle anılırlar. Ayak bağlantıları genellikle birbirinin aynısı yada tersidir.
Besleme, Çıkış ve Şase olmak üzere, 3 ayağa sahiptirler.
TSOP serisi sensörlerde, 17 ve 18 rakamlarından sonra gelen xx sayıları, sensörün
çalışma frekansını belirtir.
Örneğin ; TSOP1738 : 38 KHz frekansında çalışan sensördür.
TSOP1840 : 40 KHz frekansında çalışan sensördür.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
66
TSOP17xx Serisi Kızılötesi Alıcı Sensörlerinin İsimleri ve Frekans Değerleri
TSOP18xx Serisi Kızılötesi Alıcı Sensörlerinin İsimleri ve Frekans Değerleri
TSOP17xx ve TSOP18xx serisi sensörlerin isimleri ve isimlerinin son iki rakamında
frekans değerini temsil eden tablolar şekillerde görülmektedir.
Hangi PCM değerinde taşıyıcı frekans yayılacak ise o frekansa ait sensör tercih
edilmelidir. Ayak bağlantıları ve iç yapıları tamamen aynıdır. Frekansları farklıdır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
67
TSOP Serisi Sensörlerin İç Yapısı
TSOP serisi kızılötesi alıcı sensörlerinin iç yapısı, şekilde blok şema olarak
gösterilmiştir. Sensörler için tüm devreler ve iç yapıları aynı olmakla birlikte Band
Geçiren Filtre devrelerinin frekansları tablolarda görüldüğü gibi birbirinden farklıdır.
Demodülatör devresinde, vericiden gönderilen PCM ile kodlanmış sinyallerin kodu
çözülür ve data (bilgi) sinyali ayrıştırılır. Çıkış transistörü bir röleyi direk olarak
sürebilecek çıkış akımı üretir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
68
TSOP Sensörler, +5V besleme gerilimi ile çalışırlar ve TTL seviyesinde çıkış
üretirler. Dolayısı ile daha yüksek gerilimlerde çalıştırılacakları zaman +5V regüle
devresi ile kullanılırlar.
Kızılötesi Alıcı Sensörlerin Özellikleri
1-) Kızılötesi PIN Diyot ve Ön Yükselteç, bir yapının (kılıfın) içindedir.
2-) PCM (Darbe Kodlu Modülasyon) frekansları için dahili filtreleri vardır.
3-) Elektrik alanlarının meydana getirdiği parazit etkilere karşı korumalıdır.
4-) TTL ve CMOS entegreler ile uyumludur. TTL seviyesinde çıkış verir. (+5V)
5-) Kızılötesi sinyali algıladığında çıkış ucunda lojik-0 değeri üretir.
6-) Düşük güç harcamasına sahiptirler.
7-) Ortam ışığına karşı hassas değildirler, pek fazla etkilenmezler.
8-) Sürekli data transferine izin verirler. (1200 bit/s)
9-) Mikroişlemci ve mikro denetleyici devreleri ile uyumlu çalışırlar.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
69
Infrared Diyot Uygulama Devreleri - I
Şekilde, TSOP1738 Kızılötesi alıcı
sensörü ile yapılmış, uzaktan
kumanda test devresi görülmektedir.
TSOP sensör, 5V ile çalıştığı için
12V besleme gerilimi, LM7805
regülesi ile +5V’ a düşürülür.
Uzaktan kumanda cihazları, ister TV, ister müzik seti v.b olsun, PCM (Darbe Kodlu
Modülasyon) tekniği ile sinyal yayar. TSOP1738, PCM sinyallerinin kodlarını
çözebilir. Dolayısı ile uzaktan kumanda cihazlarının üzerindeki tüm tuşların çalışıp
çalışmadığı bu devre ile test edilebilir.
Uzaktan kumanda cihazı, devreye tutulup basıldığında, TSOP sensör, bu sinyali
algılar ve çıkışında Lojik-0 bilgisi üretir. BC556 transistörü iletime geçer ve LED
yanar. Sürekli basılırsa, LED sürekli yanıp, söner.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
70
Infrared Diyot Uygulama Devreleri - II
Şekilde, CMOS CD4047
multivibratör entegresi ve
Kızılötesi (IR) verici diyotları
kullanılarak yapılmış verici
devresi görülmektedir.
Devre, kızılötesi alıcı
sensörünün veya foto diyotun
bulunduğu alıcı devrelerinde
verici olarak kullanılabilir.
Kızılötesi verici diyotları (IR LED), sinyalin açısını ve etki mesafesini arttırmak için
seri bağlanmıştır. C1 ve VR1 elemanları, entegrenin hangi frekansta sinyal
yayacağını belirlemek için kullanılırlar. S1 butonuna basıldığı anda, entegrenin
5.nolu astable ucuna +12V gerilim uygulanır. Entegre sinyal üretir. Entegrenin
10.nolu Q ucundan alınan çıkış sinyali, BD139 transistörü ve IR diyotları ile yayılır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
71
Infrared Diyot Uygulama Devreleri - III
Şekildeki devreyi,
lamba, vantilatör v.b ev
cihazlarına bağlayarak,
herhangi bir uzaktan
kumanda cihazı ile
uzaktan açıp, kapatmak
için kullanabilirsiniz.
Alıcı olarak, TSOP1738
sensörü kullanılmıştır.
Uzaktan kumanda cihazına basıldığı anda, TSOP1738 sensörü, lojik-0 çıkış üretir.
T1 transistörü iletime geçer. CD4017 entegresinin clock (saat) girişine transistör
üzerinden lojik-1 bilgisi uygulanır. Entegrenin 2.nolu ayağı lojik-1 çıkışı verir. T2
transistörü iletime geçer, röle çeker. Röleye bağlı cihaz çalışmaya başlar.
Uzaktan kumandaya bir daha basıldığı zaman, entegrenin çıkışları yer değiştirir. T2
transistörü yalıtıma girer. Röle çalışırken, Yeşil LED, çalışmaz iken Kırmızı LED ışık
verir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
72
Infrared Diyot Uygulama Devreleri - IV
Şekilde TSOP1738 Kızılötesi alıcı sensörü ve CD4027 JK Flip flopu ile yapılmış,
uzaktan kumandalı röle kontrol devresi görülmektedir.
Uzaktan kumanda cihazından gelen kızılötesi sinyaller, TSOP sensör çıkışında
Lojik-0 değeri üretir. BC556 transistörü iletime geçer. CD4027’ nin 3.nolu clock
(saat) girişine bir darbe uygular. Entegrenin Q çıkışı (1.nolu uç) lojik-1 olur.
Transistör iletime geçmez. U.K cihazına bir daha basıldığında entegrenin Q çıkışı
lojik-0 olur. Transistör iletime geçer. Röle çeker.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
73
Kızılötesi Diyotun Sağlamlık Testi
Kızılötesi diyotun sağlamlık kontrolünü normal bir diyotun sağlamlık kontrolü gibi
yapılabilir.
Kızılötesi LED’ lerin yaydığı ışık, kızılötesi ışık olduğu için kameralar ya da cep
telefonu kameraları bu ışığı görürler. Sağlamlık testinde bu elemanlardan da
faydalanılabilir.
7-) Foto Pil (Işık Pili, Güneş Pili)
Güneş pilleri, üzerine düşen ışığı direkt
olarak elektriğe çeviren aygıtlardır. Yarı
iletken diyot olarak çalışan güneş
pilinde, ışığın elektriğe dönüşmesi foto
voltaik etki ile olmaktadır.
Foto voltaik etki, bir malzemenin ışığa maruz kalmasıyla bazı elektronların daha
yüksek seviyeli yörüngelere yerleşmesi ve bunun sonucunda da bir gerilim
meydana gelmesidir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
74
Foto Pil’in Çalışması
Güneş ışığından gelen ışık fotonları ile P ve N
maddesindeki elektronlar ve oyuklar P-N
birleşim yüzeyine doğru hareket ederler. Foto
pillerde yarı iletken madde olarak, silisyum,
galyum arsenit, kadmiyum tellür gibi maddeler
kullanılır.
P-N bölgesinde yığılan elektron ve oyuklar, ışık
fotonlarının etkisi ile birbirleri ile birleşmeye
başlarlar.
Birleşen elektron ve oyuklar, enerji seviyelerindeki
farklardan dolayı, güneş pili uçlarında DC gerilim
meydana getirirler. Bu DC gerilim iletken teller ile
yük olarak kullanılan cihazlara gönderilir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
Güneş pillerinin çıkışından yüksek gerilim istenirse birden fazlası seri olarak
bağlanırlar.
Güneş pillerinin çıkışından yüksek akım istenirse birden fazlası paralel olarak
bağlanırlar.
Güneş Pilinin (Panelinin) Yapısı
75
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
Güneş Pilleri Kullanılarak Elektrik Üretim Sisteminin Yapısı
76
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
77
Foto Pil’in Kullanım Alanları
Güneş enerjisi ile elektrik üretim sistemlerinde kullanılmaktadır. Temiz ve
yenilenebilir enerji üretebiliyor olması, güneş pillerinin tüm dünyadaki popülaritesini
arttırmıştır.
Dünyanın bir çok ülkesinde Güneş Enerjisinden yararlanmak için Güneş Pilleri Kullanılıyor.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
78
Foto Pil’ in Sağlamlık Testi
Güneş pillerinin sağlamlık kontrolü AVO metre ile yapılır. Güneş pilinin çıkışlarına
bağlanan AVO metre DC gerilim kademesine getirildiğinde, aydınlık ortamda
küçükte olsa bir gerilim değeri okunması gerekir. Aksi durumda güneş pili arızalıdır.
8-) Optik Bağlayıcılar (Opto Coupler, Opto Isolator)
İki elektronik devre arasında herhangi bir elektriksel bağlantı olmadan optik ışınlarla
devreler arasında iletişim kuran, sinyal aktarımı sağlayan devre elemanlarına Optik
Bağlayıcılar adı verilmektedir. İki devreyi elektriksel olarak birbirinden yalıttığı için
Optik Yalıtıcı (Opto Isolator) adı da verilmektedir.
Optik Bağlayıcılar, tümleştirilmiş (entegre) bir yapı içerisine konulmuş bir verici
elemandan ve bir alıcı elemandan oluşmaktadırlar. Yapı itibarı ile optik bağlayıcılar ;
1-) Kapalı tip optik bağlayıcı
(Opto Coupler)
2-) Yarıklı tip optik bağlayıcı
(Opto Interrupter)
3-) Yansımalı tip optik bağlayıcı (Reflective Opto Coupler)
olarak çeşitlere ayrılmışlardır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
79
1-) Kapalı Tip Optik Bağlayıcılar (Opto Coupler)
Blok Gösterim
Kapalı Tip Optik Bağlayıcının
Fiziksel Görünümü
Tamamen kapalı, dış ortamdan yalıtılmış bir yapı, bir kılıf içerisine konulmuş optik
elemanlardır. İki farklı devreyi birbirinden elektriksel olarak yalıtmak, izole etmek için
kullanılırlar. İki devre arasındaki bağlantı sadece optik ışın ile sağlanır.
Kapalı tip optik bağlayıcıların tümünde sinyal vericisi olarak optik ışın yayan diyot
kullanılır.
Alıcı kısmında, transistör (4N25 v.b), darlington transistör (TIL119 v.b), triyak
(MOC3010 v.b) ve tristör (SCS11C3 v.b) kullanılan tipleri vardır. Dış görünüşleri
genellikle altı ayaklıdır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
80
Farklı İç Yapılara Sahip Kapalı Tip Optik Bağlayıcıların Ayak Bağlantıları
Kapalı tip optik bağlayıcılar ; televizyonlarda, programlanabilir mantık kontrol
edicilerde (PLC), bilgisayarlarda, dijital elektronikte, endüstriyel elektronikte, alarm
devrelerinde v.b kullanılırlar.
2-) Yarıklı Tip Optik Bağlayıcılar (Opto Interrupter)
Bu tip optik bağlayıcılar, optik ışını dış ortamdan gönderecek şekilde bir yarığa
sahiptirler. Bu yarığa hareketli bir disk veya bir ışık engelleyici bir parça girdiği
zaman, sinyalin iletilmesi veya engellenmesi sağlanır. İçerisinde bir verici LED, bir
de alıcı transistör vardır. İki eleman arasındaki optik ışın alış verişi aradaki yarıktan
gerçekleştirilir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
81
Blok Gösterim
Sayıcı devrelerinde, bilgisayar farelerinde (mouse),
alarm devrelerinde, v.b yerlerde kullanılır.
Yarıklı tip optik bağlayıcının yarık kısmında genellikle
dairesel bir çark kullanılır. Bu çark üzerinde optik ışığı
geçirecek ve yansıtacak çizgiler yer almaktadır.
Optik bağlayıcının içinde dönen çarkın şeffaf olan
kısımlarında sinyal diğer kısma ulaşır. Encoder
(kodlayıcı) ve sayıcılarda sık kullanılır.
Yarıklı Tip Optik Bağlayıcının
Fiziksel Görünümü
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
82
Yarıklı Tip Optik Bağlayıcının Görünümü ve Ayak Bağlantısı
Yarıklı tip optik bağlayıcıda ayaklar şu şekilde bulunur. Optik bağlayıcının üzerinde
yarığın solunda E, sağında D harfi yazan kısımlar vardır. Optik bağlayıcı, bu harfler
düzgün okunacak şekilde tutulur. E harfinin olduğu kısım verici diyotu, D harfinin
olduğu kısım alıcı transistörü gösterir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
83
3-) Yansımalı Tip Optik Bağlayıcılar (Reflective Opto Coupler)
Blok Gösterim
Yansımalı Tip Optik Bağlayıcının
Fiziksel Görünümü
Yansımalı tip optik bağlayıcılardaki verici diyot ve alıcı transistör, diğer optik
bağlayıcılarda olduğu gibi birbirini direk olarak görmez. Birbirlerine paralel veya
açılı olarak yerleştirilmişlerdir.
Bu tip optik bağlayıcılarda, verici diyotun gönderdiği sinyal, bir yüzeyden yansıyarak
alıcı transistöre ulaşır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
84
Yansımalı Tip Optik Bağlayıcının İç Yapısı
Yansımalı optik bağlayıcılar, genellikle yaklaşma ile çalışan kapılarda, otomatik el
kurutma ve hava üfleme cihazlarında, el ile yaklaşınca otomatik olarak çalışan
çeşmelerde, yaklaşma alarmlarında v.b yerlerde kullanılırlar. Çeşitli tiplerde olanları
vardır. Yansıma ile gelen sinyalin bir kısmı zayıflayacağı için yansıma mesafesi kısa
tutulmalıdır. Uzun mesafeden yansıma yapılacak ise optik bağlayıcı çıkışına, gelen
sinyali kuvvetlendiren devreler bağlanmalıdır.
Optik bağlayıcıların sağlamlık kontrolleri, içerisindeki kızılötesi verici diyot (infrared)
ve foto transistör için ayrı ayrı yapılır. Verici diyot normal diyot veya LED gibi ölçülür.
Transistörün ise C-E uçları arası normal transistör gibi ölçülür.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
Çeşitli Yansımalı Tip Optik Bağlayıcıların Görünümü ve Ayak Bağlantıları
85
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
86
Optik Bağlayıcı Uygulama Devreleri - I
Şekilde, içinde diyak bulunan MOC3020 sensörü ile yapılmış, telefon çalma ikaz
devresi görülmektedir. Devre, işitme engelliler için çalan telefonu, lambayı yakıp
söndürerek ikaz eder. MOC3020, kapalı tip optik kuplördür.
Devre, AC telefon hattını DC gerilime çeviren devre ile çıkış lambasını yakan triyak
devresinin Optik Bağlayıcı (Optik Kuplör) üzerinden bağlanması ile telefon hattını ve
şebeke gerilimi hattını birbirinden elektriksel olarak yalıtır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
87
Optik Bağlayıcı Uygulama Devreleri - II
Şekildeki devre, kare dalga osilatörü ile onlu sayıcı
devresinin saat (clock) sinyalini, elektriksel olarak değil,
optik olarak sağlayan bir devredir.
NE555 entegresinin ürettiği kare dalga sinyalleri, optik
bağlayıcı ile CD4017 entegresinin girişine uygulanır. Sayıcı
entegre, optik kuplörden gelen her pals ile birer birer sayım
yapmaya başlar. 4N25 kapalı tip optik kuplördür.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
88
Optik Bağlayıcı Uygulama Devreleri - III
Şekildeki devrede yarıklı tip optik kuplör kullanılarak yapılmış devre görülmektedir.
LM311 entegresi, gerilim karşılaştırıcısıdır. Optik kuplörden 3.nolu ayağına gelen
sinyal ile 10K ayarlı direncinden 2.nolu ayağına gelen referans gerilimini
karşılaştırır. Devre TTL seviyesinde çıkış sinyali üretir.
Devrenin çıkış ucuna TTL veya CMOS bir sayıcı bağlanır ise optik kuplörün
yarığından geçen motor çarkının devir sayısı sayılabilir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
89
Optik Bağlayıcı Uygulama Devreleri - IV
Şekildeki devrede yansımalı tip optik kuplör kullanılmıştır. Devre, çizgi izleyen robot
gibi devrelerde çizgiyi optik olarak izleyebildiği gibi elini altına tuttuğumuzda çalışan
sensörlü çeşmeler, sıcak hava üfleyen el kurutucuları v.b uygulamalarda
kullanılabilir.
Sensörün vericisinden gönderilen sinyal, bir engele çarpıp alıcıya ulaştığında devre,
TTL seviyesinde (5V), kare dalga çıkış sinyali üretir. Bu sinyal, devre çıkışına
bağlanacak motor devreleri, röle devreleri gibi benzeri devreler ile kullanılabilir.
SUNUM SONU