LED ve Foto Diyot ile Optik Elemanlar

Konu Anlatımı

LED ve Foto Diyot ile Optik 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.

1. Ne Öğreneceğiz ve Ön Bilgi

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.

2. Temel Kavramlar ve Sınıflandırma

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.

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.

3. Basit Örnek ve Adım Adım Çözüm

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.

1. Adım 1: Besleme ile LED arasında kalan gerilim hesaplanır: 9 - 1,5 = 7,5 V.
2. Adım 2: Bu gerilim dirençte düşer ve akımı sınırlar; LED yalnızca bu akımla aydınlanır.
3. Adım 3: Akım hesaplanır: 7,5 / 330 = 0,0227 A, yani yaklaşık 22,7 mA.
4. Adım 4: Sonuç LED'in anma akımıyla karşılaştırılır; 22,7 mA kırmızı LED için yaygın bir çalışma değeridir.

Direnç küçültülürse akım büyür ve LED daha parlak yanar, ancak ömrü kısalır. Direnç büyütülürse parlaklık düşer.

4. İleri Örnek ve Saha Uygulaması

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.

• Besleme gerilimi ve her LED'in ileri gerilimi ölçülür.
• Her dal için seri direnç değeri hesaplanır ve yerleştirilir.
• Sürücü çıkışları tek tek etkinleştirilerek ışıklar sırayla denenir.
• Her ışığın parlaklığı gözle ve ölçümle karşılaştırılır.

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.

5. Karşılaştırma Tablosu ve Denetim

Optik elemanlarla çalışan bir devrede aşağıdaki kontrol noktaları ölçülür ve sonuç kayıt altına alınır.

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.

6. Sık Yapılan Hatalar, Özet ve Kendini Dene

Optik elemanlarla çalışırken en sık görülen hatalar şunlardır:

• Ters polarite bağlantısı: LED yanmayacağı gibi kalıcı olarak da bozulabilir.
• Dirençsiz bağlantı: Sınırsız akım elemanı kısa sürede tahrip eder.
• Yanlış ölçüm noktası: Hatalı noktadan alınan değer arıza sanılır.
• Renk ile gerilimin karıştırılması: Mavi LED'e kırmızı LED için hesaplanan direnç takılır.

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:

1. LED'e neden daima seri direnç bağlanır?
2. Foto diyot karanlıkta ve aydınlıkta nasıl farklı davranır?
3. Optik bağlaşıcı hangi iki elemanı birleştirir?
4. Bir devrede LED akımı ölçülürken ölçüm noktası nereye alınır?

Temrin ve Uygulama Notları

1.44 RGB LED Devresi

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.

1.43 Sıra İle Yürüyen Harf Devresi

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.