Elektronik / Elektronik Kaynakları/

Optoelektronik Devreler ve Düzenler

Sponsorlu Bağlantılar

Hazırlayan: Alper ÖZKAN – Optik Dalga Kılavuzları Emeği geçen Kişilere Teşekkürler

Optoelektronik
Işık, radyo dalgalarının pek çok özelliğini gösteren elektromanyetik bir fenomendir. Görülebilir ışık, elektromanyetik tayfın 0.4 µm (mor) ve 0.8 µm (kırmızı) (400-800 nm) dalga boyu aralığındadır Optoelektronik aygıtlar ise morötesinden kızılötesine kadar çok daha geniş bir aralıktadırlar. Tayfın ilgilendiğimiz aralığı aşağıda gösterilmektedir.

Şekil 1 Elektromanyetik Tayf
Elektromanyetik Tayf

Optik ve elektronik arasında benzerlik olduğundan ve son zamanlarda her ikisinin kesişimi olan optoelektroniğin önem kazanması şaşırtıcı değildir. Optoelektronik aygıtlar üç gruba ayrılırlar: 1) Işığa tepki veren aygıtlar (sensörler) 2) Işık yayan aygıtlar (yayıcılar) 3) Işığı kullanan aygıtlar.

Sensörler
Fotodirençli hücreler (Işık bağımlı dirençler-LDR) Işık alıcılarının en basit formu fotodirençtir, örneğin ORP12. Emilen (absorbed) ışık, fotodirençli maddede direncin azalmasına neden olan elektron-boşluk çiftleri oluşturur. Tipik bir hücrenin karanlıkta 2 M?, oda ışığında ise 100 ? direnci vardır. Bu durum, basit devrelerde kullanımı sağlayan 1 ‘e 10.000 değişim demektir. Bu yüzden en çok aç/kapa algılama devrelerinde uygun olarak kullanılabilmektedirler.

Fotovoltaik aygıtlar (Solar hücreler)
Fotovoltaik aygıt, yüksek ışıkta kaldığında terminalleri arasında gerilim oluşturan, özel tasarlanmış PN kesişimleridir. Üretilen güç düşüktür; tek bir hücre, güneş ışığında, 0.4 V’ta 20 mA –100 mA akım üretir.
“Açık devre gerilimi/yüzeye gelen ışık” ilişkisi logaritmiktir. Bu yüzden fotografik ışık-metrelerde kullanışlıdırlar. “Kısa devre akımı/yüzeye gelen ışık” ilişkisi ise doğrusaldır ve bu mod ışık metrelerin bir kısmında sınırlı bir şekilde kullanılır. Fotovoltaik hücreler pahalıdırlar ve bu onların özel kullanımlarını sınırlar.

Foto diyotlar
Foto diyot geri biaslı (back biased) PN kesişiminden oluşur. Karanlık koşullarda oluşan tek akım, azınlık taşıyıcı sızıntı (minority carrier leakage) akımıdır. Kesişim aydınlatıldığında, elektron boşluğu çiftleri üretilir ve akım artar.

En önemli avantajları yüksek hızlarıdır. Fotodiyotların çoğunun tepki süresi 200 ns’ nin altındadır. Bu yüksek hız, fotodiyotların yüksek hızlı devrelerle birlikte kullanılabilmelerini sağlar. Yüksek hızlı teyp okuyucularında ve opto-izolatörlerde sıkça kullanılırlar.

Fototransistörler
Fototransistör transistör ve fotodiyotun birleşimi olarak düşünülebilir. Fotodiyot normal baz bias direncinin yerine kullanılmıştır ve ışığa bağlı sızıntı akımları bazı besler. Bu akım transistorun normal işlemiyle yükseltilir. Ne yazık ki karanlık akımı da yükseltilir, bu yüzden fototransistörlerin karanlık akımları biraz yüksektir.

Şekil 2 Fototransistör
fototransistorfototransistor ic

Fototransistör Fotodirençlerden daha hızlı olmalarına rağmen, fotodiyotlar kadar hızlı değildirler ve 100 KHz’e kadar hızlarda kullanılabilirler.

Foto transistör ile yapılmış örnek bir devre Işıkla röle kontrolü

Foto transistör Işıkla röle kontrolü

Diğer aygıtlar
Teorik olarak bütün yarı iletken aygıtlar sensör yapımında kullanılabilirler. Foto-FET’ler,foto-darlingtonlar ve foto-tristörler hep vardır ama çok nadir olarak kullanılırlar. Yakın dönemlerde olan ilginç bir gelişme de fotodiyotlar entegre devre yükselticisinin birleşimi bir aygıtın üretilmiş olmasıdır. Bunlar küçük bir kutuda birleştirilmişler ve şekilde görüldüğü gibi sadece iki dış parçaya gereksinim duymaktadırlar. Açma/kapama uygulamaları için geliştirilmiş olup, hem hızlı hem de uygun fiyatlıdırlar.

Şekil 3 Entegre Devre Fotosel
Entegre Devre Fotosel

Işık yayan Diyotlar (LED)
LED iletimde ışık yayan bir PN kesişimidir. Işığın üretilmesi mekanizması karmaşıktır. Temel olarak elektron-boşluk çiftleri tekrar bağlandıklarında ışık oluştururlar. Neyse ki, LED’ leri kullanmak için nasıl çalıştıklarının ayrıntılarını bilmeye gerek yoktur.

LED akımla çalışan bir araçtır, bu yüzden mutlaka seri dirençlerle birlikte (ya da sabit akım kaynağından beslenerek) çalıştırılmalıdır. Pek çok uygulamada gerekli olan akım 5 mA ile 30 mA arasındadır. Gözlerin ışığa olan duyarlılığı logaritmik olduğu için görülen ışık çıkışı, LED’e uygulanan akımdaki değişikliklerden çok fazla etkilenmez.. LED bir AC kaynağından çalıştırılacaksa, b’de gösterildiği gibi ters diyotla korunmalıdır.

Şekil 4 LED’ lerin çalışması a) DC kaynaktan b) AC kaynaktan
ledlerin calismasi ac dc

LED’ler oldukça farklı renklerde bulunabilir. En çok kullanılanları kırmızı, sarı ve yeşildir. Fotosellerle birlikte kullanılan ve tayfın kızılötesi bölümünde çalışan özel LED’ ler de vardır.

Akkor lambalar
Panel göstergelerinde LED’ ler normal ampullerin yerini neredeyse tamamen almıştır. Ama LED’ den elde edilebilecek en fazla ışık yoğunluğu dahi ampullerinkiyle kıyaslanmayacak kadar azdır. Yüksek ışık yoğunluğunun gerektiği yerlerde tasarımcının pek şansı yoktur.

Ampulün ömrü, yapısı gereği birkaç bin saattir. Ama ampulün ömrünü birkaç yolla uzatmak mümkündür. Birinci (ve en açık)yol ampulü düşük gerilimde çalıştırmaktır. Ampulü kendi nominal geriliminin % 10-20 daha düşük değeriyle çalıştırdığımızda ömrü iki kat artar.

Ampulü ısıtan dirençler ve ampul test anahtarı olan bir gösterge paneli şekilde gösterilmiştir.

Şekil 5 Akkor lambaları çalıştırmak
Akkor lambaları çalıştırmak

Neonlar
Neon yüksek gerilimle kullanıma uygun olan gaz boşaltım aygıtlarıdır. Daha çok şebekenin açık (mains on) olduğunu göstermek için kullanılır. Akımla çalışan bir aygıttır ve LED gibi seri dirençlere gereksinme duyar. Vf in tipik değerleri 100 V civarındadır.

Sıvı kristal ekranlar
Sıvı kristal ekranlar (LCD) çalışmak için çok düşük enerjiye ihtiyaç duyan yegane aygıtlardır. Bu LCD’ lerin hesap makineleri, sayısal saatler gibi pille çalışan araçlarda çok sık kullanılmasına neden olmuştur.
LCD’ ler sıvı halde bile kristal yapısı gösteren maddelerle yapılır. Madde normalde saydamdır ama dış elektrik alan uygulandığında iç moleküller arasındaki karmaşık etkileşimler ve serbest iyonlar kristalde türbülansa neden olur. Sıvı, bundan sonra opak (saydam olmayan) süt rengini alır.

LCD hücresinin en basit formu izole edici boşlukla ayrılmış iki cam plakadan oluşur. Plakalar arasındaki boşluk, şekilde gösterildiği gibi sıvı kristalle doldurulmuştur. Plakalar boyunca elektrik potansiyel uygulandığında hücre opak olur.

Şekil 6 Sıvı Kristal Ekran
saydam metalik film

LCD hücresi şekil7.a’da ve 7.b’de gösterilen iki formdan birisinde kullanılabilir. Geçirgen modda (a) entegre ışık kaynağı gerekir. Yansıtıcı modda ise (b) yüzeye ışık düşürülür (incident light). Yansıtıcı modun yeterli çevre ışık seviyelerinde kullanılması gerektiği açıktır ama düşük enerji ihtiyacı (tipik olarak 1 µA) bu modu pille çalışan devrelerde kaçınılmaz bir şekilde kullanılmak zorunda bırakıyor.

Şekil 7 LCD çalışması a) geçirgen mod b) yansıtıcı mod
LCD çalışması a geçirgen mod b yansıtıcı mod

LCD’ler sadece bir kaç voltta çalışırlar ve bu onları düşük enerjili CMOS’ un doğal eşi yapar. LCD’ler DC akımla çalışmalarına rağmen, ömür beklentileri kutuplanma etkileri nedeniyle azalır.

Lazerler
Lazerlerin bir tür ölümcül ışın olduğu düşünülür ve kimi mühendisler tarafından bir probleme yanıt aranırken tanımlanmışlardır. Geçtiğimiz bir kaç yıldan beri, lazerler laboratuarlardan, endüstrinin kullandığı faydalı bir araca dönüşmektedir.

Lazer ışığı, normal bir kaynaktan çıkan ışıktan iki yönden ayrılır. Birincisi, lazer tamamıyla tek renklidir; sadece bir frekanstaki ışıktan oluşur. Diğeri ise, lazer dağınık değildir. Bu terimin biraz açıklanması gerekiyor.

Bütün ışık (hepsi elektromanyetik radyasyonun bir formu olduğu için) doğadaki dalga formuna benzer. Sıradan kaynaklardan elde edilen ışık, a’da gösterildiği gibi rasgele fazlarla yayılır, yani ışık tek renkli olsa bile bir miktar yokolma oluşacaktır. Lazerden gelen ışık ise b’de gösterildiği gibi tam fazdadır ve yokolma yerine destekleme oluşur.

Şekil 8 Dağınık ve dağınık olmayan ışık a)tek frekanslı, dağınık ışık. Parçalar faz dışıdır, kısmi yokolmayla sonuçlanır b) dağınık omayan ışık. Parçalar aynı fazdadır ve her parça diğerini destekler.

frekanslı dağınık ışık. Parçalar faz

Bir atom, ısıtılma vb yollarla enerji aldığında, elektronlar daha dıştaki yörüngelere kayarlar. Bu atoma uyarılmış atom denir.

Elektronlar iç enerji seviyelerine döner dönmez foton denilen ışık paketi formunda enerji açığa çıkarırlar. Elektron yörüngeleri sabit olduğundan sadece belli miktarlarda enerji kazanılabilir ve kaybedilebilir.

Hidrojenin olası enerji seviyeleri aşağıda gösterilmiştir:

Şekil 9 Hidrojenin enerji seviyeleri
Hidrojenin enerji seviyeleri

Yayılan ışığın frekansı enerji değişimine bağlıdır. Değişim
enetji formul
formülüyle bulunur.
E1 ve E2 enerji seviyeleri f frekans h planck sabitidir. Lazer ışığı ise sadece tek bir geçişten elde edilir ve bu yüzden doğası gereği tek renklidir. Şekil 10.a’da gösterilen tipik bir lazer flaş tüpüyle çevrilmiş bir yakut çubuktan oluşur. Çubuğun uçları birbirine paralel hale getirilmiştir. Bir ucu ayna gibi gümüşlenmiş, diğer ucu yarım gümüşlenmiştir.

Şekil 10 yakut pompalamalı lazerler a) yapısı b) yakutun enerji seviyeleri
yakut pompalamalı lazerler  enerji seviyeleri

Lazer uygulamaları, lazerin tek renkli olmasından, sıkı ışınından ve yüksek enerji konsantrasyonundan (lazer ışını çok dar olduğundan, çok küçük bir alanda yoğunlaşmıştır) yola çıkılarak yapılır.

LAZER TÜRLERİ

Katı Lazerler : İlk bulunan laser yakut lazeridir. Yakut, az miktarda krom ihtiva eden alüminyum oksit kristalidir. Kırmızı lazer ışınları yayan, bu kristal içindeki krom atomlarıdır. Krom atomları optik olarak yeşil ve mor ışıkla uyarılır. Bu tür lazer ile saniyenin milyarda biri gibi kısa bir sürede birkaç milyon wattlık güç nakledilebilir. Günümüzde kullanılan lazer, sert şeffaf kristalden meydana gelir. Kristalde küçük miktarda genellikle nadir toprak elementleri mevcuttur. Bu kristalin işlem için oda sıcaklığının çok altına indirilmesi gerekir. Bu lazerler optik pompalama gerektirirler ve darbeli olarak çalışarak ısınmayı önlerler. Sıcaklık ve manyetik alanda yapılacak değişiklikle çalışma frekansı ayarlanabilir.

Yarı İletken Lazerleri :

Yarı İletken Lazerleri

Yarı iletken malzemelerden elde edilen kristallerle de lazer yapılmıştır. Galyum arsenik kristali yarı iletken lazere örnektir. Yarı iletken diyot gibi p-n malzemenin birleşmesinden meydana gelmiş olup, p-n malzemenin birleştiği yüzey yakut lazerindeki aynalar görevini yapar. Birleşim yüzeyinde pozitif voltaj p tarafına ve negatif voltaj n tarafına verildiği zaman elektronlar n malzemesinden p malzemesine geçerken enerjilerini kaybeder ve foton yayarlar.

Bu fotonlar tekrar elektronlara çarparak bu elektronların daha çok foton üretmesine sebep olurlar. Neticede yeterli seviyeye ulaşan foton neşri, lazer ışınını meydana getirmiş olur. Bu tür lazerler verimli ışık kaynaklarıdır. Genellikle boyları bir milimetreden büyük değildir. Ancak çok verimli çalışma için ortam sıcaklığı oda sıcaklığının çok altına düşürülmelidir.

Gaz Lazerleri :İlk gaz lazer helyum ve neon karışımı şeklinde kullanılmıştır.bu karışım uzun bir tüpe ve iki küresel ayna arasına yerleştirilmiştir. Helyum ve neon gazı ile çalışan lazerde bu gazlar yüksek voltaj altında iyonize hale gelir. Helyum atomları elektrik deşarjı esnasında elektronların çarpması ile uyarılarak yüksek enerji seviyelerine çıkar. Bunlar, kazandıkları enerjilerini neon atomlarındaki eş enerji seviyelerine aktarırlar. Bu enerji aktarma işlemi fotonun yayılmasına sebep olur. Aynalar vasıtasıyla yeterli seviyeye ulaştıktan sonra lazer ışını elde edilmiş olur. Bu tür laser ışınının dalga boyu 1,15 mikrondur.

Kimyasal Laserler : Kimyasal lazerlerde bir gaz meydana getirilir ve kimyasal reaksiyon yoluyla pompalanır. Kimyasal pompalama bir ekzotermik kimya reaksiyonunda enerji açığa çıkmasıyla olur. Buna bir örnek hidrojen ve flüor elementleri tersine çevrilmiş bir toplumda hidrojen flüorür meydana getirmek üzere reaksiyona girdiklerinde lazer etkisi ortaya çıkar.

Sıvı Lazerler : En çok kullanılan sıvı lazer türü, organik bir çözücü içindeki organik boyanın seyreltik bir çözeltisidir. Bunlara mor ötesine yakın ve kızılötesine yakın arasında lazer türleri elde edilebilir. Genellikle pompalama optik olarak cereyan eder. Birkaç lazer paralel olarak çalıştırılabilir. Böylece saniyenin birkaç trilyonda biri devam eden lazer darbeleri elde edilebilir. Boya lazerlerinin en önemli özelliği dalga boyunun geniş bir alanda hassas bir şekilde ayarlanabilmesidir.

Uygulamalar
Lazer ışımasına özgü özellikler (düşük ıraksama -lazer ışını 0.001 radyandan daha az genişler-, çok küçük bir yüzey üzerine odaklaştırılabilme, yüksek oranda tek renklilik ve bağdaşıklık, darbeli lazerlerle çok yüksek ani güçler elde edilebilmesi) bu düzeneklerin giderek daha geniş uygulama alanları bulmasını sağlamaktadır.

  • makine yapımında, optikte ve bayındırlık işlerinde (yollar, tüneller vb.) hizalama;
  • yüzeyleri, uzunlukları, düzeyleri, biçim değiştirmeleri (holografi, lazer taneliliği, harelenme ile) ve yer değiştirmeleri ölçme, hız ölçüm, açıları ölçme, uzaklık ölçüm, tane ölçüm vb.;
  • bir lazer demetini yoğunlaştırarak kaynak, işleme, delme, kesme;

Şekil 11 Lazerle yapılan kesme işlemi
Lazerle yapılan kesme işlemi

Şekil 12 Lazerle yapılan kaymak işlemi
Lazerle yapılan kaymak işlemi

  • plazmaları üretme ve inceleme, denetimli nükleer kaynaşma tepkimeleri üretme;
  • serbest uzayda telekomünikasyon ve özellikle fiber optik haberleşme ile noktalar arası bağlantı kurma;
  • bar kodların okunması, CD’lerin okunması yazılması;
  • foto dizgi, baskı makineleri;
  • lazer gösterileri, lazer hologramları;
  • tıbbi ve askeri uygulamalar;

Fotosel Uygulamaları
Fotosel, bir nesnenin varlığını (ya da yokluğunu) ışık ışınıyla anlayabilen araçtır. Tipik uygulamaları bir üretim şeridindeki parçaların sayısı, hırsız alarmları ve otomatik kontrol düzenlemeleridir.

Temel olarak üç çeşit fotosel vardır.
1- verici/alıcı
2- yansıtıcı
3- yüzeyine ışık düşen

Verici/alıcılar : ayrı ışık kaynağı ve fotosel kullanırlar (şekil 13.a). Farkedilmesi gereken nesne ışını engeller, iyi bir tasarımla, hizalama bir sorun olmasına rağmen, ışın uzunlukları 1000 m’ye kadar uzayabilen sistemler yapılabilir.

Yansıtıcı : sistem şekil 13.b’de gösterilmektedir Işın çift ışındır(dışarı ve geri) ve dış aynayla entegre ışık yayıcı/sensör vardır Bu düzenlemeyi yapmak basittir. Ayna genellikle, hizalamayı basitleştirmek için prizma şeklindedir (arabalardaki yan aynalara benzer)

Şekil 13 Fotosel türleri a) TX/RX sistemi b) yansıtıcı sistem 1 c) yansıtıcı sistem 2 d) yüzeye düşen ışık

fotosel turleri tx rx yansitici sistem

İkinci yansıtıcı sistem türünde ise ışık fark edilmek istenen nesnenin yüzeyinden yansır. Bu şekil 13.c’de gösterilmektedir. Nesnenin yüzeyinin yansıtıcı olması gerektiği açıktır ve sadece bir kaç cm’de çalışır.
Son fotosel türü (şekil 13.d) nesneden gelen ışığın kendisini kullanır. Bunun tipik uygulaması ise dönen bir mil üzerindeki akkor halindeki çelik çubukların takip edilmesidir. Pek çok sensör aygıtı sıcaklığa duyarlıdır ve bu kararlı fotosel sistemi tasarımlarında sorunlara yol açar. Buna ek olarak, pek çok fotosel sisteminin çevrede önemli miktarlarda değişen yoğun ışık varken çalışması istenir. Bu yüzden basit DC bağlantılı yükseltici/tetik devresi güvenilir bir şekilde çalışmayacaktır.

Şekil 14 Modüle edilmiş fotosel sistemi
Modüle edilmiş fotosel sistemi

Pek çok fotosel sistemi bir kaç kilohertz frekanslık modüle ışık kaynağı kullanır. Bu vericiyi hızlı bir şekilde açıp kapayarak kolayca yapılabilir. Alıcı AC kuplajlı, istenilen frekansa ayarlanmış bant geçiren yükselticiden oluşur. Yükselticiyi doğrultucu ve DC seviye tetiği (trigger) takip eder. Tipik bir devre şekilde gösterilmiştir. Devre doğru frekansta modüle edilmiş ışığa tepkide bulunur ve AC yükselticisi sayesinde sıcaklık değişimlerinden etkilenmez.

Optoizolasyon : Mantık devresi tasarımcısı, mantık panelinden uzakta bulunan aygıtlarla bağlantı kurması gerektiğinde gürültü sorunlarıyla karşılaşır. Buna ek olarak, her zaman için dışarıdan kaynaklı bir hatayla mantık devrelerine şebeke akımı verilmesi olasılığı vardır. Optoizolatörlerin kullanımıyla bu tür sorunlar neredeyse tamamen yok olmuşlardır.

Optoizolatör, şekilde gösterildiği gibi tek bir pakette birleştirilmiş bir LED ve fototransistörden oluşur. İşlemin nasıl olduğu açıktır ve komple elektriksel izolasyon genel modlu gürültüye karşı mükemmel korunma sağlar.

Şekil 15 Optoizolasyon
Opto izolasyon

Optoizolatörler normalde sayısal giriş ve çıkışlarda kullanılırlar (örneğin basma düğmeleri, kısıt anahtarları vb).Bununla birlikte analog sinyali sayısal sinyal formunda kodlayarak doğrusal sinyallerin izolasyonunda da kullanılabilirler ( darbe genişlik modülasyonu veya darbe kodlu modülasyon).

Optoizolatörler izolasyon gerilimleriyle (genellikle l-2 kV) ve akım transfer oranlarıyla tanımlanırlar. Akım transfer oranı, fototransistör akımının LED akımına oranıdır. Fotodarlington transistörlerinin kullanımıyla daha yüksek değerler elde edilebilse de bu oran genellikle %20 civarındadır. Optoizolatörler 100 kHz’in üzerinde veri iletimine izin verebilen hızlı aygıtlardır.

Nümerik göstergeler : 7 LED şekilde gösterildiği gibi yerleştirilirse ,0-9 arasındaki herhangi bir rakamdan, A – F arasındaki herhangi bir harfe kadar göstermek olanaklı olur. Bu dizilime yedi parçalı gösterge (seven segment display) denir. Hesap makinesi satışlarındaki büyük artış yedi parçalı gösterge üretimini büyük bir endüstriye dönüştürmüştür ve LED’ler LCD’ler artık çok değişik ebatlarda üretilmektedirler. Sürücü katı olmadan ikilik düzenden yedi parçaya dönüştüren kod çözücüler mevcuttur.

Şekil 16 Yedi parçalı gösterge
Yedi parçalı gösterge

Çok rakamlı LED göstergelerde, akım gereksinimi oldukça büyük olabilir. Akım gereksinimini azaltmak için çoklayıcı (multiplexer) yardımıyla her çevrimde bir rakam gösterilir. Genel bir çoklayıcı devresi aşağıda (şekil 17) gösterilmiştir. LCD ekranlar da, gerekli olan bağlantı kablolarını azaltmak için çoklayıcı kullanırlar.

4 ikilik rakam çoklayıcıya (MUX) paralel olarak uygulanır. Bu her göstergeyi sırayla seçer ve ikili-yedi parça kod çözücüsüne (binary to seven segment decoder) sunar. Her onlu gruptaki bütün ilişkili katotlar birlikte sürülür ama çoklayıcı yalnızca, verileri kendinden alan göstergedeki genel anoda pozitif gerilim uygular. Her gösterge sırayla aydınlatılır ama bu yüksek saat frekansı (tipik olarak 15 kHz) nedeniyle göz tarafından fark edilmez. Akım tüketimi, parlaklıktaki küçük bir düşme karşılığında önemli miktarda azaltılmıştır.

Yedi parçalı göstergede sadece rakamlar ve bir kaç harf gösterilebilir. Tam alfa nümerik göstergeler ise şekil 18.a’ daki 16 parçalı göstergeyle ya da şekil 18.b’ deki nokta matrisli göstergelerle elde edilebilir.

Şekil 17 Çoklanmış ekran
Çoklanmış ekran

Şekil 18 Alfanümerik göstergeler a) 16 parçalı gösterge b) 5 x 7 matrisi c) 7x 9 matrisi
Alfanümerik göstergeler

Kızılötesi Uzaktan Kumandalar

Günümüzdeki her televizyon ve pek çok multimedya cihazında kullanıcının kanal, ses ayarı ve benzeri fonksiyonları yaptığı uzaktan kumanda aygıtları vardır. Bunlar şekil 19.a’da gösterilen prensip çerçevesinde yapılırlar. Tuş (keypad) girişi 32 opsiyona izin veren ve tayfın kızılötesi bölgesinde çalışan bir kaç LED’le iletilen 5 bit koda çevrilir.

Modüle edilmiş kızılötesi sinyal asıl aygıttaki fotosel tarafından algılanır ve S bit kod istenilen etkinin yaratılabilmesi için çözülür. Alıcı entegre devrelerinin sayısal çıkışları (kanal değiştirme ve ses kesme için) ve uzaktan yukarı ya da aşağı rampalı analog çıkışları (ses ve benzeri ince ayarlar için) olabilir. Şekil 19.b’de gösterilen 5 bit kod darbe pozisyon modülasyonunun (PPM) bir formudur. Üç farklı sinyal vardır: 0, 1 ve S. Sonuncu sinyal bütün 5 bitin gönderildiğini belirtir ve sınırlayıcı (delimiter) olarak çalışır. Bu üç sinyalin sabitlenmiş 2:3:6 aralık ilişkisi vardır (tipik olarak 18, 27 ve 57 ms). Kodlanmış sinyal tuşa basıldığı sürece gönderilir.

Şekil 19 Kızıl ötesi uzaktan kumanda a)blok diyagramı b) 10011 sinyali için bit düzeni bu sinyal ilişkili tuşa basıldığı sürece gönderilir.
Kızıl ötesi uzaktan kumanda blok diyagramı

Alıcının, darbenin 1, 0 ya da S olup olmadığını anlamak için artarda gelen darbelerin zaman aralıklarını bulması gereklidir. Bu amaçla sabit ve yüksek frekansta çalışan bir sayıcı kullanılır. Sinyal S sinyaliyse alıcı 5-bit kodun tamamını alınıştır. Bir önlem olarak bu bir önceki sinyalle karşılaştırılır ve sadece ikisi birbirinin aynıysa işlem gerçekleştirilir. Bu yolla çok patikalı yansımalara ve sahte sinyallere karşı bir güvenlik elde edilir. Bu teknik, ev içi aygıtlar için geliştirilmesine rağmen, kısa mesafeli uzaktan kontrol uygulamalarında da yeterince güvenlidir.

Fiber Optik İletişim
Bir ışık ışını düşük yoğunluklu bir ortamdan (örneğin hava) yüksek yoğunluktaki bir ortama (örneğin cam) geçtiğinde şekil 20.a’da gösterildiği gibi eğilir. Buna kırılma denir. Düşük yoğunluklu ortama giren ışık ta (örneğin camdan havaya) kırılır (şekil 20.b). .Ama kritik bir açıdan sonra kırılma olmaz, tam yansıma olur. Camdan havaya geçişte kritik açı yaklaşık 40 derecedir. Şekil 20.c’de ışık bir cam çubuğa girmektedir.

Işın cam boyunca ilerledikçe kenarlara çarpar ama gelme açısı kritik açıdan büyük olduğundan iç yansıma olur ve ışık ışını kayıpsız bir şekilde taşınır (ama camın yapısındaki kaçınılmaz dalgalanmalar nedeniyle bir miktar zayıflama olur). Bu durum, ışık sinyalleriyle veri iletiminin en basit temelidir. Artık sadece modüle ışık kaynağı, iç yansımayı sağlayacak bir saydam iletken ve ışığa duyarlı alıcıya ihtiyacımız vardır.

fiberoptik iletisim

Pratikte cam çubuk yerine çok küçük optik lifler (cam ya da polimerlerden) kullanılır. Böylece esnek bir kablomuz ve şekil 20.c’ deki basit düzenlemeden daha az kaybımız olur. Buna fiber optik iletişim denir. Genellikle iki tür lif (fiber) kullanılır: 20.c’ deki gibi yansımaların sınırlarda olduğu basamak indeksli ve şekil 20.d’ deki gibi daha yumuşak bir yansıma sağlaması için lif boyunca düzgün bir şekilde yoğunluğun arttığı geliştirilmiş indeksli. Geliştirilmiş indeksli fiber optiklerde kayıp çok azdır ama ; üretmesi çok daha pahalıdır.

İletici olarak, uzun mesafeli bağlantılarda genellikle düşük güçlü lazerler kullanılmasına rağmen, genellikle LED kullanılır. Alıcı olarak da genellikle foto çığ (photo avalanche) diyotları kullanılır. Sayısal kodlama ve iletim teknikleri kullanılmaktadır. Tipik bir sistemin elemanları şekil 20.e’de gösterilmiştir.

Fiber optik iletişimi kullanmanın pek çok faydası vardır. Teorik olarak çok geniş bant aralıkları kullanılabilir; radyo frekansından 10.000 kata kadar yüksek olabilir. Fiber optik kablolar fiziksel olarak düşük kayıplı, sıradan koaksiyel kablolardan çok daha küçüktür. Lifler arasında elektromanyetik etkileşim yoktur ve sinyal dış etkilerden etkilenmez. Son olarak, lif kırıldığında yangın ya da kıvılcım tehlikesi yoktur. Bu sonuncu özellik, özellikle petro-kimya alanları ve benzeri yerlerde veri iletimi gerektiğinde oldukça çekicidir.

Liflerdeki kayıplar iç dağılmalardan ve gelme açısının düştüğü eğilme noktalarından ileri gelir. En az eğilme çapı fiziksel dayanıklılıktan çok kayıplar tarafından belirlenir. Kayıplar uzunlukla ilişkilidir ve tipik olarak 4 dB/km civarındadır. Bağlantı kayıpları, bağlantı başına 2 dB’dir ; iletici ve alıcılarda ya da kabloların bağlantı noktalarında olur. Çok uzun mesafeli iletim sistemlerinde tekrarlayıcılar (repeaters) kullanılır.

Yararlanılan Kaynaklar
1- Newnes Elektronik mühendisinin cep kitabı, Keith Brindley, Infogate, 1997
2- Electronic Devices, Thomas Floyd, Prentice Hall
3- Optoelektronik devreler, İsmail Kanık, İnkılap Kitabevi 1986

  • zübeyir

    Elinize sağlık harika bir anlatım

  • ibrahim küçükkara

    Laser bir probleme yanıt ararken bulunmadı. Muhtemelen bahsettiğiniz şey MASER dir.
    Laser fikrini ilk ortaya atan ve onun atası MASER i geliştiren
    Charles Townes dir ve kendisi bir FİZİKÇİ dir.
    Townes ve diğer iki RUS Fizikçi ile birlikte nobel ödülünü aldı.
    İlk laser 1960 yılında Theoder Maiman tarafından çalıştırıldı ve oda FİZİKÇi dir.

    Bu konularla ilgili geçen yıllarda Charles Townes tarafından yazılmış ve türkçeye de çevrilmiş çok güzel bir kitap var . İngliz ce adı HOW LASER HAPPEND türkçesi LASERİN HİKAYESİ BOĞAZİÇİ ÜNİVERSİTESİ YAYINLARI.

    iyi çaışmalar

  • Hüseyin

    Önce elinize sağlık…
    Yazdıklarınızı uzun süredir takip ediyorum. Bir amatörüm. Öncelikle katıklarınız için çok teşekkür ediyorum. Yazılarınızda, “Türçe imla kurallarına dikkat edelim” diyorsunuz. Bu da çok hoş ve yerinde bir davranış. Böyle bir istekte bulunmanız ve takipçisi olmanız beni çok sevindirdi. Bunun için de “elinize sağlık, bileğinize kuvvet” diyorum. Dilimize sahip çıkmalıyız. Uzun süredir teşekkür etmek istiyordum. Zaman zaman yazılarda, “bozuk” sayılabilecek ifadelere rastlıyorum. İsteyerek olmadığını düşünüyorum. Örneğin, “laser konusu” ile ilgili bir bilgi verilirken(böyle bir bilgi için de teşekkürüler), …”1960 yılında Theoder Miaman tarafından çalıştırıldı ve oda FİÇİKÇİ dir.” biçiminde bir ifade yer almış. “oda” kemilesinin, “iki ayrı kelimeye ayrılarak, ‘o da’biçiminde yazılması gerektiği sanırım gözden kaçmış. Bu tür yanlışlıklar her zaman olabilicektir. Ama olmaması için yeterli ve gereken özenin gösterilmesi yönündeki çalışmalırınızı taktirle karşılıyorum. Umarım “ukalalığımı” bağışlarsınız. Çünkü lafı çok uzattım. Son derece faydalı olduğunu düşündüğüm yazılarınızı bekliyorum. Tekrar tekrar elinize sağlık diyorum. Sağlıcakla kalın. Ömrünüz uzun ve gönlünüzce olsun…