Ldr Ne Işe Yarar

Işık sensörlerinin temel bileşenlerinden biri olan “ışığa duyarlı direnç (LDR)” ortama ya da üzerine düşen ışığı algılayan, aynı zamanda ışığın şiddetine göre direnç değerlerinde değişiklik meydana gelen pasif devre elemanıdır. Fotoresistör adıyla da kullanılan LDR, sensörlerde bulunan fotodiyot ve fototransistörler ile hemen hemen aynı görevi görür. Fakat, yapı olarak bunlardan farklıdır. LDR pasif yapıda olup, ışık algılaması sonucu direnç değişimi meydana getirirken; fotodiyot ve fototransistörler de ışık algılaması pn birleşim noktaları (pn junctions) yardımıyla olur.
 

LDR yapısı itibariyle yarı iletken ve yüksek direnç değerine sahip malzemeden meydana gelir. Genellikle yarı iletken olarak kadmiyum sülfür (CdS) kullanılır. Üzerine düşen enerjili fotonlar (ışık) değerlik elektron bandında (yüksek dirençli) bulunan elektronlara enerjilerini aktararak onların iletken bölgeye atlamalarını sağlarlar. Bu şekilde iletken bölgede daha fazla enerjili elektronun dolanması ile yarı iletken malzemenin direnci azalmaya başlar. (Direnç, elektronların akmasına karşı gösterilen dayanımdır.) Düşen ışık yoğunluğu arttıkça iletken banda atlayan elektron miktarı da artar ve malzemenin direnci azalır.

Işık yoğunluğuna göre direnç değişimi şu şekildedir:
 

LDR’ler ışığa duyarlı olduğu için karanlıktaki direnç değerleri çok yüksektir ve MΩ mertebelerindedir. Uygulanan ışık yoğunluğuna göre lineer olmayan şekilde direnç değerleri azalır ve kΩ seviyelerine kadar geriler.

LDR’de kullanılan her farklı yarı iletken malzemenin kendine özgü ışık dalga boyu duyarlılığı vardır. Uygulanan ışık eğer malzemenin dalga boyu duyarlılığı aralığında değilse direnç değerinde herhangi bir değişiklik meydana gelmez. Dolayısıyla, her yarı iletken malzemenin ışık dalga boyu aralığı ve direnç değişim miktarı farklıdır.
 

 
İki tür LDR çeşidi mevcuttur.

1) Saf LDR (Intrinsic LDR)

Saf LDR, katkısız yarı iletken malzemeden meydana gelir. Işık yoğunluğuna göre değerlik elektron bandından, iletken bandına elektron akışı meydana gelir.

2) Katkılı LDR (Extrinsic LDR)

Katkılı LDR’de yabancı madde olarak katkılı yarı iletken malzeme kullanılır. Katkı maddesi değerlik elektron bandının üzerinde yeni bir enerji bandı oluşturur ve elektronların bu banttan iletken banda geçişleri daha az enerji ile gerçekleşir.

LDR’nin simgesi şu şekildedir:
 

Aydınlatma sistemlerinde sıklıkla kullanılan bu röleler, günlük hayatımızda çokça karşılaştığımız fakat muhtemelen dikkatimizi hiç çekmemiş ürünler olabilir. Aslında bu ürünlerin mağazaların vitrinlerinde, sokak ve cadde aydınlatmalarında kullanıldığını söylesek eminiz ki bakış açınız değişecektir.

Aydınlatma sektöründe sıkça kullanılan bu cihazlar, elektrik anahtarlama ürünlerinden bir tanesi olan röleler grubundadır ve temel anlamda gün ışığı prensibine bağlı olarak iki ayrı devreyi birbirine bağlarlar.

Fotoselli röleleri, aynı amaçlarla kullanılan astronomik zaman rölelerinden ayıran en önemli fark; röle ile birlikte kullanılan gözdür. Bu göz LDR ( light dependent resistor) denilen, ışık şiddeti ile direnci değişen bir devre elemanıdır, diğer bir deyişle bu gözün görevi ışık şiddetini algılayarak aydınlatma sisteminin açılması veya kapanması için röleye bilgi vermektir.

Fotosel röleleri incelediğinizde “lüks(lux)” kavramı ile karşılaşırsınız. ‘lüks’ aydınlatma birimidir ve ortamdaki ışık şiddetine göre değişiklik gösterir. Fotosel röleler eğer ışık şiddeti ayarlanmış lüks değerinden düşük ise kısa bir bekleme süresi sonunda sistemi açar, yüksekse sistemi kapatır. Bu kısa bekleme süresi devreyi anlık ışık değişikliklerine karşı korumak içindir.

Özetle; aydınlatma sistemlerinin güneş batıp karanlık çöktüğünde otomatik olarak devreye alınması, gün aydınlandığında ise devreden çıkartılması şeklinde bir ihtiyacınız var ise ENTES FG serisi fotosel röleleri kullanabilirsiniz.

ENTES Fotosel Röleler hakkında detaylı bilgi için tıklayınız.

''Elektrik Sisteminde Kullanılan Aşırı Akım Rölesi Nedir?'' isimli blog yazımızı okumak için tıklayın.

Yazar: Konuk Yazar
Tarih:

Bilmekte Fayda Var!

Tasarla ve Yap köşesinin bu projesinde, LDR ve ayna ile basit bir güvenlik sistemi tasarlıyoruz. Bu sistem sayesinde belirli bir bölgeyi tamamen koruma altında tutmak mümkün. İzinsiz girişlere karşı sistemin sesli uyarı verme özelliği bulunuyor. Güvenlik sistemlerinin çalışma mantığı optik ve elektroniğin temel esaslarına dayandığı için yapacağımız proje bu konularda hayli öğretici olabilir.

Güvenlik sisteminin tasarımında en önemli kısmı lazer oluşturduğundan öncelikle lazerin yapısını kısaca tanımakta fayda var.

Lazer Nedir?

Elektronik ve optik bileşenlerden oluşan optoelektronik sistemlerde lazerler ışın verici olarak yaygın şekilde kullanılır. Yapısındaki malzemeye göre lazerin gaz, sıvı, katı ve yarı iletken çeşitleri bulunur. Optoelektronikte daha çok yarı iletken GaAlAs lazerler kullanılır. Bu tür lazerler diğerlerine göre daha küçüktür ve daha az enerji ile sürülebilir. Lazerin iç yapısında bulunan optik resonatör, tek dalga boyunda ışık üretilmesini sağlar. Bu nedenle lazer ışığı tek renkli yani monokromatik olarak adlandırılır. Ayrıca, lazer ışınının açısı çok düşüktür ve yönü sabittir. Bu özelliği sayesinde ışın istenen bölgeye kolayca odaklanır. Şekil 1’de yeşil ışık yayan bir lazer görülüyor.

Şekil 1: Lazer ışını

Bir cismin üzerine odaklanan lazer ışınının çapı birkaç mikrometre civarındadır. Elektronikte birkaç miliwatt ile birkaç watt arasında güce sahip lazerler kullanılır. Lazer ışınının oluşum prensibi kuantum teorisine dayanır. Genelde bir kuantum sınırından ikinci kuantum sınırına geçildiğinde P-N sistemi ışık vermeye başlar. Yani bir yarı iletken P-N jonksiyonundaki radyasyon, elektronların üst enerji seviyesinden alt enerji seviyesine geçmesi ile oluşur.

Bir lazer diyot, ışık ileten P-N jonksiyonuna sahiptir ve elektriksel olarak LED’den bir farkı yoktur (Şekil 2). Örneğin lazerlerin akım-gerilim karakteristikleri, LED’lerin akım-gerilim karakteristiğine benzer. Ayrıca lazerin ışın şiddeti, akıma bağlı olarak doğrusal şekilde değişir.

Şekil 2: Lazer diyot

Lazer ışını, yüzeyi yansıtıcı özelliğe sahip bir cisme belirli bir açıyla çarparsa Şekil 3’teki gibi yansır.

Şekil 3: Işığın yansıması

Şekil 4’te yeşil lazer ışınının aynadan nasıl yansıdığı görülüyor.

Şekil 4: Aynadan yansıma

Çok sayıda düzlem ayna kullanılarak lazer ışını çeşitli doğrultularda saptırılabilir. Şekil 5’te böyle bir uygulamaya ait çizim görülüyor.

Şekil 5: Çoklu yansıma

Güvenlik sisteminin temel elemanı olan lazer, piyasadan lazer işaretleyici adıyla çok düşük fiyatlara temin edilebilir. Gücü 1mW civarında olan bu lazer üç adet AG13 saat pili ile çalışır. Şekil 6 ve 7’de bu tür lazer örnekleri görülüyor. 

Şekil 6: Lazer-1

Şekil 7: Lazer-2

Lazerli güvenlik sisteminin diğer önemli elemanı LDR’dir. Bu elemanın temel özellikleri aşağıdaki gibi.

LDR Nedir?                                      

Işık şiddetine bağlı olarak direnci değişen optoelektronik devre elemanı, LDR (Light Dependent Resistor) olarak bilinir. Işığa duyarlı direnç veya foto direnç olarak da adlandırılır. Görünür ışık tayfına duyarlı foto direnç yapımında genellikle kadmiyum sülfit (CdS) ve kadmiyum selenit (CdSe) kullanılır. Şekil 8’de farklı çaplarda LDR çeşitleri görülüyor.

Şekil 8: LDR çeşitleri

Bir yarı iletken foto direncin üzerine ışık düşerse, ışığın seviyesine bağlı olarak foto direncin iletkenliği değişir. Şekil 9’da ışık şiddetine göre LDR direncinin değişim eğrisi görülüyor.

Şekil 9: Işık şiddeti - LDR direnci

Şekilde görüldüğü gibi, direnç değişimi doğrusal değil. Ortam karanlık iken LDR’nin direnci yüksek, malzeme içindeki serbest taşıyıcı yoğunluğu ise düşüktür. LDR üzerine ışık düşerse malzeme içinde serbest taşıyıcılar oluşur ve taşıyıcı yoğunluğu artar.

Işık şiddetine göre LDR’nin direnci birkaç ohm ile birkaç mega ohm arasında değişir. Bir ohmmetre ile LDR’nin direnci kolayca ölçülebilir. Şekil 10’daki bağlantılarda görüldüğü gibi, karanlık ve aydınlık ortamda ölçülen direnç değerleri arasında büyük fark vardır. Direnç değerindeki bu büyük değişim, uygun elektronik devreler ile algılanarak istenen işler yaptırılabilir.    

Şekil LDR’nin ohmmetre ile testi

Böylece güvenlik sisteminin temel elemanlarını tanımış olduk. Şimdi bir lazer ışınının belirli bir mesafedeki LDR üzerine düşürüldüğünü varsayalım. Lazer ile LDR arasındaki mesafe birkaç santimetre olabileceği gibi onlarca metre de olabilir. LDR, ortam ışığından etkilenmeyecek şekilde siyah renkli bir boru içine yerleştirilmiş olsun. Bu durumda lazer ışını LDR’ye ulaştığı sürece LDR direnci düşük seviyede olur. Herhangi bir cisim, Şekil 11’deki gibi lazer ile LDR arasında girerse, LDR direnci hızla yükselir. Böylece, bu basit düzenek ile ışının kesintiye uğrayıp uğramadığı kolayca anlaşılmış olur.

Şekil Lazer ve LDR

LDR direncindeki değişimden yararlanarak alarm oluşturabilmek için Şekil 12’deki devre kullanılabilir. Işık şiddetindeki değişim LDR’nin direncini değiştirir, bu da A noktasındaki gerilim seviyesini etkiler. Bu gerilim, bir opamp yardımıyla referans gerilim ile karşılaştırılarak uygun bir alarm sinyali elde edilir. Şekil 12’nin sağındaki grafikte görüldüğü gibi, lazer ışını LDR üzerine düşerken A noktasının gerilimi referans geriliminden daha büyük olur. Bu sırada opamp çıkışının yani C noktasının gerilimi lojik 0 seviyesinde kalır, yani devre kapalı sinyali alır. Işık kesildiği anda, LDR direnci yükselir ve A noktasının gerilimi düşer. Bu sırada çıkış gerilimi lojik 1 seviyesine yükselir yani devre açık sinyali alır ve alarm çalışır. 

Şekil Direnç değişimi ve alarm durumu

Bu devre hayli iyi çalışmasına rağmen devrenin önemli bir eksiği var. Devrenin çalışmasına dikkat edilirse, alarm sadece ışık kesildiği sürece oluşur. Bu çalışma şekli bir güvenlik sistemi için tercih edilmez. Çünkü ışığın kesintiye uğramasına neden olan etki ortadan kalksa da alarmın devam etmesi istenir. Şekil 12’deki devre bu isteği karşılayamadığından devreye bazı eklemeler yapılması gerekir.

Şekil Devre şeması

Flip-flop (FF) içeren bir entegre devre (belli bir işlevi yapmak için tasarlanmış direnç, transistör, diyot vb. farklı devre elemanlarını içeren bir devre elemanı) yardımıyla kısa süreli alarm sinyalinin kalıcı bir sinyale dönüştürülmesi sağlanabilir. Şekil 13’te görülen devrede bu iş CD adlı CMOS entegresi tarafından yürütülüyor. Entegre, iç yapısında iki adet JK türü flip-flop içerir. Devreye ilk enerji uygulandığında entegre resetlenir ve Q çıkışı lojik 0 konumunda bekler. Bu sırada transistör kesimdedir. Herhangi bir nedenle lazer ile LDR arasındaki ışık bağlantısı kesilirse, flip-flop set durumuna geçer ve Q çıkışı lojik 1 olur, yani entegre sinyal iletir. Işık tekrar LDR’ye ulaşsa da, Q çıkışının lojik seviyesi değişmez. Böylece, çıkışa bağlı NPN transistör iletime geçerek ses uyarıcı (buzzer) uçlarına 9V uygulanmasını sağlar. Kullanılan buzzer, kendinden osilatörlü olduğundan tiz bir sesle uyarı vermeye başlar. Alarm devredeki reset butonuna basıncaya kadar sürer.

Şekil 14’te güvenlik sisteminin bağlantı şekli görülüyor. Üç küçük ayna 45 derecelik açıyla yerleştirilir ve lazer ışınının bu aynalardan yansıyarak tam LDR üzerine düşmesi sağlanır.

Şekil Lazerli güvenlik sistemi

Alarm devresi 9V’luk bir pille veya bir DC güç kaynağı ile beslenebilir. Lazeri de bu güç kaynağından beslemek mümkün. Bu işlem için lazer işaretçi içindeki üç pil çıkarılır. Krokodil kablo yardımıyla lazerin gövdesi güç kaynağının artı ucuna bağlanır. Kaynağın eksi ucu ise ohm’luk bir direnç üzerinden lazer işaretçi içindeki metal yaya bağlanır. Gövdedeki butonun basılı durumda kalması için buton üzerine izole bant sarılır. Böylece, güç kaynağı açık olduğu sürece lazerden 35mA civarında bir akım geçer. Besleme gerilimi V’a düşürülse de devre sorunsuz şekilde çalışır.

Nelere İhtiyacımız Var?

• 1 adet LDR
• Board
• 1 adet lazer işaretleyici
• 1 adet CD entegresi
• 1 adet LM entegresi
• 1 adet BC transistör
• 1 adet nF kutupsuz kondansatör
• 1 adet osilatörlü tip buzzer
• 1 adet buton
• 3 adet 10 k direnç (W)
• Birer adet R, k, 33k, k direnç
• Birer adet 8’li ve 16’lı entegre soketi
• 1 adet 9V’luk pil ya da güç kaynağı
• Plastik boru (içine LDR’nin girebileceği boyutlarda)

• İzole bant
• 3 adet küçük ayna
• 2 adet krokodil kablolar

Ne Yapıyoruz?

Projenin yapım aşamaları Şekil ’da görülüyor.

Şekil LDR'nin plastik boru içine yerleştirilmesi

Şekil Lazer işaretleyicinin güç kaynağına bağlantı şekli

Şekil Elektronik devrenin board üzerindeki yerleşim planı

Şekil Güvenlik sisteminin genel görünüşü

Şekil Lazer ışınının LDR üzerine odaklanması

Endüstride kullanılan benzer sistemler Şekil ’te görülüyor.

Şekil Endüstri uygulaması-1

Şekil Endüstri uygulaması-2

Şekil Endüstri uygulaması-3

Şekil Endüstri uygulaması-4

Foto Direnç (LDR) Nedir?

Optik sensör gurubuna giren foto dirençlere daha yaygın olarak LDR (Light Dependet Resistance) denir. Foto dirençlerin en önemli özelliği, ortamdaki ışık şiddetine karşı direnç değerinde değişim göstermeleridir. Foto dirençlerin, direnç değerleri aydınlıkta azalmakta, karanlıkta ise artmaktadır.

Tam aydınlık durumda (üzerine güneş ışığı düşüyorken) direnç değeri Ω değerine kadar düşerken nerdeyse tam iletken durumuna sahip olurlar. Tam karanlıkta ise tam tersi olacak şekilde MΩ gibi yüksek direnç gösterirler ve neredeyse yalıtkan bir özellik gösterirler. Bu özelliği sayesinde ışık değişimi ile kontrol etmek istenilen tüm devrelerde kullanabilir. Özellikle gece lambaları ve sokak lambalarında kullanılmaktadır.

Önerilen Yazı » SMD Direnç Nedir? Nasıl Okunur?

Foto Direncin Çalışması

Kalsiyum sülfat ve kadmiyum selenid gibi bazı maddeler üzerlerine düşen ışık ile ters orantılı olarak direnç değişimi gösterir. Bu tür maddeler yalıtkan bir taban üzerine yerleştirilir ve içinde ince sarmallar halinde iletken bir tel geçirilir.(çoğunlukla olarak bakır).bu iletkenin iki ucu dışarıya çıkartılarak elemanın ayakları teşkil edilir. Son olarak elemanın yüzeyi saydam bir madde ile kaplanır böylece ışık geçirirken dayanımı artırılmış olur.

LDR’nin üzerine ışık düştüğünde Kalsiyum sülfat veya kadmiyum selenid gibi ışığa hassas maddelerin son yörünge elektronları serbest hale geçer ve direncin düşmesini sağlar. Işık şiddetine bağlı olarak serbest elektron sayısı artacağından direnç de aynı oranla düşme gözlemlenir. Işık şiddeti azalırsa yukarda anlatılan işlem tersine dönecek ve dirençte yükselme olacaktır.

Foto Direncin Sağlamlık Kontrolü

Avometrenizi ohm kademesine getiriniz. Foto direnci avometrenize bağladıktan sonra üzerine bir el feneri yardımı ile ışık tuttuğunuzda direncinin azaldığını ve üzerine bir kalem kapağı veya benzeri bir nesne ile kararttığınızda ise direncin arttığını gözlemlemeniz gerekiyor. Eğer direnç değişimi anlatıldığı şekilde oluşuyorsa, LDR sağlam, farklı bir şekilde ise arızalıdır.

Kaynak: Elektriksel Olmayan Büyüklüklerin Elektriksel Yöntemlerle Ölçülmesi ders notları