10. SınıfElektrik-Elektronik Teknolojisi
Elektrik-Elektronik Teknolojisi · 10. Sınıf · Yarı İletken Elemanlar
Elektronik atölyesinde bir devrenin çalışmasını gözlemek çoğu zaman led yardımıyla olur. LED, üzerinden akım geçtiğinde ışık yayan tek yönlü bir yarı iletken elemandır. Aynı katman yapısı ters kullanıldığında ise üzerine düşen ışığa göre ters yönde akım geçiren foto diyot elde edilir. İki eleman fiziksel olarak benzer, işlev olarak birbirinin tam tersi olan yapılardır.
Bu konunun ana fikri şudur: her iki eleman da bir P-N eklemi içerir, ikisi de polariteye duyarlıdır ve ikisi de bir akım sınırına ihtiyaç duyar. Ön bilgi olarak bir önceki konudaki diyot karakteristiği, eşik gerilimi ve seri bağlantı hesapları bilinmelidir.
Bu bölümde LED'in çalışma prensibini, renk ile ileri gerilim arasındaki ilişkiyi ve akım sınırlama direncinin neden zorunlu olduğunu inceleyeceğiz. LED'e doğru yönde gerilim uygulanmazsa eleman yanmaz; ters yönde yüksek gerilim verilirse kalıcı olarak bozulur. Bu yüzden montaj öncesinde polarite kontrolü zorunlu bir adımdır.
Foto diyot tarafında ise ışığın bir olayı tetiklediği durumlar ele alınacaktır. Karanlıkta geçen akım çok küçükken aydınlıkta geçen akım belirgin biçimde artar. Bu artış sayesinde ışık seviyesi bir akım ya da direnç değerine dönüştürülebilir ve üzerinde karar verilen bir devre kurulabilir.
LED'in ışık şiddeti büyük ölçüde içinden geçen akıma bağlıdır. Akım arttıkça ışık şiddeti artar, ancak akımın bir sınırı aşması elemanın ömrünü kısaltır ve gövde aşırı ısınır. Bu nedenle LED devreye doğrudan bağlanmaz; besleme gerilimi ile LED'in ileri gerilimi arasındaki fark bir dirençle karşılanır.
| Özellik | LED | Foto diyot |
|---|---|---|
| Çalışma yönü | İleri yönde akım geçirir | Ters yönde akım geçirir |
| Dış etki | Akım arttıkça ışık şiddeti artar | Işık arttıkça akım artar |
| Karanlık hâli | Işık yanmaz | Geçen akım çok küçüktür |
| Bağlantı ihtiyacı | Seri akım sınırlama direnci | Yüksek değerli yük direnci |
Optik bağlaşıcı ise bu iki elemanın tek yapıda birleşmesidir. İçindeki LED ışık yayar, karşı taraftaki foto diyot bu ışığa duyarlıdır. Böylece iki devre arasında galvanik temas olmadan sinyal aktarımı sağlanır; yüksek gerilimli tarla ile alçak gerilimli kart birbirine bağlanabilir.
Sınıflandırmada renk önemlidir. Kırmızı ve turuncu LED'lerin ileri gerilimi düşük, mavi ve beyaz LED'lerin ileri gerilimi daha yüksektir. Bu nedenle aynı devrede farklı renkler kullanılacaksa her renk grubunun direnci ayrı hesaplanır.
Bir devrede 9 V besleme, kırmızı bir LED ve 330 ohm değerinde bir seri direnç kullanılmaktadır. Kırmızı LED'in ileri gerilimi 1,5 V kabul edilsin. Dirençte kalan gerilim ve geçen akım şu şekilde bulunur.
Direnç küçültülürse akım büyür ve LED daha parlak yanar, ancak ömrü kısalır. Direnç büyütülürse parlaklık düşer.
Atölyede bir makine üzerinde çalışma durumunu gösteren üç renkli bir gösterge panosu kurulacaktır. Kırmızı ışık durdurma, sarı ışık bekleme, yeşil ışık ise çalışma anlamına gelir. Üç ışığın aynı anda yanmaması gerektiği için her biri ayrı sürücü çıkışına ve kendi seri direncine bağlanır.
Panoda optik bir bağlaşıcı da kullanılacaksa, gösterme kartı ile kumanda devresi arasındaki bağlantı ışıkla yapılır. Böylece kumanda tarafındaki yüksek gerilimli bölüm gösterge tarafına taşınmaz ve kartlar arasında ortak bir dönüş yolu kurulmaz.
Optik elemanlarla çalışan bir devrede aşağıdaki kontrol noktaları ölçülür ve sonuç kayıt altına alınır.
| Kontrol noktası | Ölçüt | Kabul ölçüsü |
|---|---|---|
| LED polaritesi | Uzun bacak anot, kısa bacak katot | Ters bağlantı yok |
| Seri direnç | Direnç hesabı yapılmış olmalı | Ölçülen akım sınırın altında |
| LED'in ışığı | Akımla orantılı parlaklık | Yanıp sönme ve titreme yok |
| Foto diyot çıkışı | Karanlıkta küçük, aydınlıkta büyük akım | Değişim seçilir durumda |
| Optik bağlantı | İki bölüm arasında temas bulunmamalı | Yalıtım ölçümü sağlam |
Denetimde ölçümün her zaman doğru noktadan alınması gerekir. LED akımı için ölçüm, LED ile seri direncin arasından alınmalıdır; LED'in iki bacağı arasına paralel bağlanan ölçüm cihazı yanlış değer gösterir.
Foto diyotta ise iki hâl karşılaştırılır. Karanlıkta ölçülen değer küçük bir akımdır, aydınlıkta bu değer belirgin biçimde büyür. İki ölçüm arasındaki fark küçükse bağlantı gevşek, bağlaşıcı yüzeyi kirli ya da eleman arızalı olabilir.
Optik elemanlarla çalışırken en sık görülen hatalar şunlardır:
Özetle LED akım geçtiğinde ışık yayan, foto diyot ise ışığa bağlı olarak ters yönde akım geçiren elemandır. İkisi de polariteye duyarlıdır ve ikisi de doğru hesaplanmış bir seri dirençle korunur. Optik bağlaşıcı bu iki elemanı birleştirerek iki devre bölgesini ışıkla yalıtır. Renk ile ileri gerilim arasındaki ilişki direnç hesabında mutlaka dikkate alınmalıdır.
Kendini dene:
RGB LED, ortak anot ve ortak katot yapılarında PWM oranlarıyla çalıştırılır. Yüzde 25, 50 ve 75 oranları farklı renk tonları üretir. Ortak anot yapıda NAND kapısı kullanılmasının nedeni, sinyalin ters çevrilerek kanalın doğru sürülmesidir.
Üçlü, ikili ve tekli LED gruplarında seri direnç değerleri farklı seçilir: üçlü grupta 680 ohm, ikili grupta 820 ohm, tekli LED için 1 kiloohm. Her grup transistörle kontrol edildiğinden grup akımları dikkate alınır.
Sınavda: ortak anot devresindeki NAND kapısının görevi, PWM oranının renge etkisi ve grup dirençlerinin farklı seçilme nedeni sorulabilir.
Elektronik atölyesinde bir devrenin çalışmasını gözlemek çoğu zaman led yardımıyla olur. LED, üzerinden akım geçtiğinde ışık yayan tek yönlü bir yarı iletken elemandır. Aynı katman yapısı ters kullanıldığında ise üzerine düşen ışığa göre ters yönde akım geçiren foto diyot elde edilir. İki eleman fiziksel olarak…
LED, üzerinden doğru yönde akım geçtiğinde ışık yayan tek yönlü bir diyottur ve polaritesi vardır.
Ters polarite bağlantısı: LED'in anot ve katot bacakları karıştırıldığında eleman yanmaz, üstelik ters gerilim nedeniyle kalıcı olarak bozulur. Montaj öncesi bacaklar ayrı ayrı doğrulanmalıdır. Seri direnç kullanmamak: LED doğrudan beslemeye bağlandığında akım sınırsız büyür, eleman birkaç saniye içinde ısınıp yanar…
Seri direnç hesabı: R = (U_besleme - U_f) / I · Akım hesabı: I = (U_besleme - U_f) / R · Dirençte düşen gerilim: U_R = U_besleme - U_f · LED'de harcanan güç: P = U_f x I
LED'in ileri ve ters bağlantıda nasıl çalıştığını açıklayarak polarite önemini irdeler. Seri bağlanan akım sınırlama direncini hesaplayarak LED'in akım değerini belirler. Foto diyotun ışığa duyarlı iletim davranışını ölçerek ters yöndeki akım değişimini yorumlar.
LED hangi durumda ışık yayar?
Doğru cevap: A) Üzerinden doğru yönde akım geçtiğinde
Üzerinden doğru yönde kavramı LED ve Foto Diyot ile Optik Elemanlar konusunun temel bir kavramıdır. Detaylar konu anlatımında verilmiştir.
9 V besleme, 2,1 V ileri gerilimli bir LED ve 330 ohm seri direnç kullanılan bir devrede LED'den geçen yaklaşık akım nedir?
Doğru cevap: A) Yaklaşık 21 mA
Yaklaşık 21 mA kavramı LED ve Foto Diyot ile Optik Elemanlar konusunun temel bir kavramıdır. Detaylar konu anlatımında verilmiştir.
5 V besleme, 2 V ileri gerilimli bir LED ve 150 ohm dirençle kurulan devrede akım yaklaşık kaç mA olmalıdır?
Doğru cevap: A) Yaklaşık 20 mA
Dirençte kalan gerilim 5 - 2 = 3 V olur; akım = 3 / 150 = 0,02 A, dolayısıyla yaklaşık 20 mA akım geçmelidir. Bu değer LED'in anma akımının altında kalır.
Konu anlatımları hesapsız okunur. Quiz, slayt ve deneme için hesap gerekir.
Elektrik-Elektronik Teknolojisi için çalışma yolu
Konu anlatımları hesapsız okunur; quiz, slayt ve deneme için hesap gerekir.
Bu sayfa LED ve Foto Diyot ile Optik Elemanlar konusunun anlatımını, kazanımlarını ve örnek sorularını içerir. Konuyla ilgili tüm sorular için testi çöz, diğer konular için DersTeders ana sayfasına geçebilirsin.
Bu konuyu çalış: hesap aç, ilerlemen kaydedilsin.
Hesap aç