Çeşitli amaçlar için elektrik devrelerinin ışığa duyarlı olarak çalışmaları istenebilir. Elektrik devrelerinde ışık algılama işlemi, fotoelektrik özellik gösteren ışığa duyarlı elemanlar aracılığıyla gerçekleştirilmektedir. Farklı uygulamalarda kullanılmak üzere çok sayıda ışığa duyarlı eleman bulunmaktadır. Bu yazımızda ışığa duyarlı elemanları inceledik.
İçindekiler
Işığa Duyarlı Eleman Nedir?
Işığa duyarlı eleman, ışık şiddetindeki değişime göre farklı elektriksel özellikler gösteren devre elemanıdır. Işığa duyarlı elemanlar; görünür, kızılötesi ya da morötesi ışığa duyarlı olacak şekilde dizayn edilebilir. Işığa maruz bırakıldığında elektriksel direnci azalan, iletime geçen veya akım geçişi sağlayan ışığa duyarlı elemanlar bulunmaktadır.
Işığa Duyarlı Elemanlar
Elektrik devrelerinde en çok kullanılan ışığa duyarlı elemanlar aşağıdaki gibi sıralanabilir:
LDR
LDR kısaltması, “Light Dependent Resistor” kelimelerinden türetilmiştir. Türkçe karşılık olarak “Işığa Bağımlı Direnç” kullanılabilir. LDR’nin elektriksel direnci, üzerine düşen ışık şiddetiyle ters orantılı olarak değişmektedir. LDR’nin elektriksel direnci, karanlık ortamda (düşük ışık şiddeti) kiloohm veya megaohm mertebesindedir.
LDR ışığa maruz bırakıldığında ise elektriksel direnç birkaç yüz ohm seviyesine düşer. Dolayısıyla, karanlık ortamda LDR üzerinden akan akım çok düşük seviyededir. LDR’nin maruz kaldığı ışık şiddeti arttıkça üzerinden akan akım da artacaktır.
LDR, ışığa duyarlı elemanlar arasında en basit yapıya sahip elemandır. Genellikle karanlık – aydınlık ayrımı gerektiren uygulamalarda kullanılır. Transistörlerle birlikte gerilim bölücü devrelerde de kullanılabilir.
Fotodiyot
Fotodiyot, ışığa maruz bırakıldığında iletime geçen devre elemanıdır. Yapı olarak standart diyotlarla benzerlik göstermektedir. Fotodiyotun gerilim – akım karakteristiği standart diyotlarla benzerdir. Bununla birlikte, fotodiyot devreye ters şekilde bağlanmaktadır. Yani fotodiyotun anot ucuna negatif, katot ucuna ise pozitif gerilim verilmektedir.
Fotodiyotun PN eklemi geçirgen bir zarın ya da bir merceğin altındadır. Fotodiyot devreye ters şekilde bağlandığından, üzerinden düşük miktarda da olsa akım akmaktadır. Bu akım, kaçak akım ya da ters akım olarak adlandırılmaktadır. Karanlık ortamda silikon fotodiyot üzerinden akan kaçak akım yaklaşık 1 mikroamperdir. Bu değer germanyum fotodiyot için yaklaşık 10 mikroamperdir. Fotodiyotun PN eklemi ışığa maruz bırakıldığında kaçak akım değeri yükselir. Işık şiddeti arttıkça fotodiyot üzerinden akan kaçak akım değeri de artacaktır. Bununla birlikte, fotodiyot narin bir elemandır ve akımın belirlenen seviyenin üzerine çıkması fotodiyotun bozulmasına neden olabilir.
LDR gibi fotoresistif elemanların tepki süreleri uzundur. Örneğin, LDR ışığa maruz bırakıldığında direncinin değişmesi birkaç saniye sürebilir. Öte yandan, fotodiyotun tepki süresi nanosaniyeler mertebesindedir. Hızlı tepki süresi sayesinde fotodiyot; kameralar, görüntüleme ve tarama cihazları, optik okuyucular, hareket algılama ve pozisyonlama sensörleri gibi birçok elektronik cihazda kullanılabilir.
Ek olarak, LDR sadece görünür ışık altında çalışabilen bir elemandır. Fotodiyot ise hem görünür ışık hem de kızılötesi ışık altında çalışabilmektedir. Fotodiyotun en büyük dezavantajı, ışığa maruz bırakıldığında bile akan akımın çok düşük olmasıdır. Bu nedenle fotodiyot, yükseltici devreye ihtiyaç duymaktadır.
Fototransistör
Fototransistör, ışığa maruz bırakıldığında iletime geçen devre elemanıdır. Çalışma mantığı olarak fotodiyot ile benzerlik göstermektedir. Ancak fotodiyottan farklı olarak, çıkış akımını yükseltici devreye ihtiyaç duymadan istenilen seviyeye yükseltebilir. Fototransistör, NPN veya PNP olarak dizayn edilebilir. Fototransistörün beyz (B) ucu bir mercek aracılığıyla ışığa maruz bırakılmaktadır.
Karanlık ortamda, fototransistörün kollektör (C) – emiter (E) ekleminden düşük miktarda kaçak akım akmaktadır. Beyz ucu ışığa maruz bırakıldığında fototransistör iletime geçer ve kollektör – emiter arasından akım akmaya başlar. Fototransistörün çıkış akımı, fotodiyota oranla 50 – 100 kat daha fazla olabilir. Fototransistör; optik anahtarlama, optik izolatör veya kızılötesi filtre elemanı olarak kullanılabilir.
Yüksek hassasiyet gereken uygulamalarda darlington fototransistörler kullanılabilir. Darlington fototransistör, bir fototransistör ile bir transistörün arka arkaya bağlanmasıyla elde edilmektedir. Darlington fototransistörün çıkış akımı, bünyesinde bulunan elemanların çıkış akımlarının çarpımıdır.
Darlington fototransistörün tepki süresi standart fototransistörlere göre daha uzundur. Ancak bu yapı sayesinde yüksek hassasiyet elde etmek mümkündür.
