Elektronik Devre Elemanları-Termistörler

[Constantin]

TERMİSTÖR
Tanım : Çevreden aldığı ısı veya içinden geçen akımın oluşturduğu ısı sonucu, sıcaklığının değişimi-ne bağlı olarak, direnci değişen elemandir. Kısaca, sıcağa duyarlı direnç olarak tanımlanabilir.
Termistörler, sıcaklığa bağlı olarak, direncinin artması veya azalması özelliğine göre iki ana gruba ayrılırlar.
1- NTC Tennîstör : "Negatif Sıcaklık Katsayısı"na sahip anlamındaki, İngilizce "Negative Tem-perature Coefficient"sözcüklerinin baş harflerinin oluşturduğu, NTC ifadesi ile tanımlanan, termistör türüdür. Negatif sözcüğü; sıcaklığın illede (-°C) olması gerektiğini değil, sıcaklığın azalmasına karşın, termis-törün direncinin arttiğini ifade etmektedir.
2- PTC Termistör : "Pozitif Sıcaklık Katsayısı"na sahip anlamında olup, ingilizce "Positive Tem-perature Cofficient" sözcüklerinin baş harflerinin oluşturduğu PTC ifadesi ile tanımlanan, termistör çeşididir. Pozitif sözcüğü; sıcaklık arttıkça, termistörün direncininde arttığını ifade etmektedir.
Sembolleri: Termistörier, aşağıdaki sembollerle tanımlanırlar.
Yapıları : NTC termistörler, Manganezoksit, demiroksit gibi maddelere bir miktar titanyum veya Nikel oksit, Kobaltoksit gibi maddelere lityum karıştırılmak suretiyle elde edilir.
PTC termistörler ise, Baryum veya Strontıum gibi maddelere uygun miktarda titanyumoksit karıştırı-larak elde edilir.
Söz konusu işlemlerden amaç; Sıcaklığın etkisiyle, serbest elektron oluşturarak, iletkenliği artıran (direnci azaltan) veya tersi işlevi sağlayan, kristal yapılar oluşturmaktır.
NTC Termistör Tipleri : NTC Termistörler, ısı algılama derecelerine ve elektriksel değerlerine göre çeşitli tiplerde imal edilirler. Örnek olarak, (3) tip termistör görülmektedir.
Tip 1 : Plastik mahfaza içinde, disk şeklinde ısı algılama hücresine sahiptir. 25°C'deki direnci, örneğin 80Ω'dur.
Tip 2 : Katalog numarasını gösteren renkli bantlara sahip plastik mahfaza ve içinde disk biçiminde ısı algılama hücresi olan termistör tipidir. 25°C'deki direnci, örneğin 2.7KΩ'dur.Tip 3 : Cam mahfaza içinde boncuk biçimli ısı algılama hücresine sahiptir. (3) adet renkli nokta, ter-mistörün katalog numarasını gösterir. 25°C'deki direnci, örneğin 1 KΩ'dur.
Renkli bantların ve noktaların anlamı, "Varistör" bölümünde açıklandığı şekilde değerlendirilir.
işlevi: NTC termistörler, sıcaklığı arttıkça, direncinin azalacağı veya sıcaklığı azaldıkça direncinin artacağı dikkate alınarak, kontrol ve kumanda devrelerinde kullanılır.
Örneğin 25°C'deki direnci 1000Ωolan bir termistörün, 50°C'deki direnci500Ω, .100°C'de 200Ωolurken, -20°C'de 1250Ω civarındadır.
Aşağıda, bir rölenin gecikmeli olarak ikazlanması için düzenlenmiş bir devre görülmektedir. Örneğin, termistör sıcaklığı 20°C iken, devreye bir voltaj uygulanırsa, bu anda termistör direnci yüksek olduğundan, küçük bir akım oluşur ve röle ikazlanmaz. Bununla birlikte söz konuşu akım termistörün biraz ısınarak, direncinin azalmasına yol açar.
Direnç azalınca akım biraz daha yükselir ancak henüz röleyi ikazlayacak değerde değildir. Akımdaki artış, termistör sıcaklığım artırırken, aynı zamanda direncinide azaltmaya devam eder. Bu değişim, akım, röleyi ikazlayacak değere ulaşıncaya kadar sürer. Böylece röle gecikmeli olarak çalışır. Röle ikazlanınca, kapanan (l) nolu kontağı yoluyla ikazım sürdürürken, pasif pasif duruma geçen termistörün akımı kesilir, soğuyarak direnci artar. Yeni bir kumandaya kadar termistör çevre sıcaklığına bağlı bir direnç değerinde, devrede bekler.
PTC Termistör Tipleri : Aşağıda çoğunlukla kullanılan disk tipi iki termistör görülmektedir. Birinci tipin üst kısmındaki renkli bant, katalog numarasındaki, tip rakamım göstermektedir. (Örneğin; Kahve=1, Kırmızı=6, Sarı=8vs.)
işlevi: PTC termistörler, sıcaklığı arttıkça, direncinin de artacağı veya sıcaklığı azalınca direncininde azalacağı dikkate alınarak, amaca göre değişik kontrol ve kumanda devrelerinde kullanılırlar.
PTC termistörler, direncin sıcaklıkla değişmesi bağıntısında, NTC termistöriere göre önemli bir farklılık gösterirler. Bir NTC termistör, çalışma sıcaklığı limitleri içindeki bütün derecelerde, sıcaklık arttıkça direnci azalıp, sıcaklığı azalınca direncinin artmasına karşın PTC termistörlerde, örneğin 10°C ve daha yüksek değerlerde, sıcaklık arttıkça, direnç artar, sıcaklık azaldıkça direnç azalır. 100°C civarında ise direnç hızla Ω değerinden KΩ değerine yükselir. 10°C'den daha küçük ve (-°C) değerlerde ise, PTC termîstör, NTC özeliği gösterir. Yani sıcaklık azaldıkça direnci artar.
Aşağıda, "Strüver" akü şarj redresöründe, PTC termistörlerin uygulaması görülmektedir. Daha önce açıklandığı gibi varistörler ani voltaj değişimlerinin, olumsuz etkilerini ortadan kaldırırken, DC+ ve -besleme devrelerine seri bağlanmış olan iki adet termistör, aşırı akımı önlemektedir. DC devrede herhangi bir sebeple aşırı akım oluşursa (örneğin kısa devre) termistörlerden geçen akım yükselir. Yapısı gereği PTC termistörler ısınır ve direnci yükselir. Sonuçta akım kabul edilebilir, sınıra düşerek, redresör aşın akımdan korunmuş olur.
OPTO - ELEKTRONİK ELEMANLAR
Tanım : Işık enerjisini, elektrik enerjisine veya elektrik enerjisini ışık enerjisine dönüştüren elektronik devre elemanlarıdır. Optik ve elektronik prensiplere göre çalışmaları nedeniyle bu isimle anılırlar.
Işığın Temel Özellikleri:
a) Işık, insan gözü tarafından algılanabilen elektromanyetik bir yayılımdır.
b) Havasız, havalı, cam ve su gibi ortamlarda, değişik hızlarda ve dalga biçiminde yayılır.
c) 300 - 300.000.000 GHz (Giga Hertz)'lık ışık, gözle algılanabilir. (1 GHz = 10ిHz)
d) Işık dalgası, PHOTON (Foton) denen, minik enerji paketlerinden oluşur. Türleri: Optoelektronik elemanlar işlevlerine göre iki ana gruba ayrılırlar.
1- Işığa Duyarlı Elemanlar : Kendilerine yönlendirilen ışık hüzmesinin etkisiyle, yapılarındaki elektron hareketi sonucu; direnç, voltaj gibi ışığın yoğunluğuna bağlı, elektriksel oluşumları sağlayan devre elemanlarıdır.
Fotosel, Solarsel, Fotodiyot ve Fototransistör, ışığa duyarlı elemanların en tipik örnekleridir.
2- Işık Çıkaran Elemanlar : Renk maddesi katkılı P-N yan iletken ekleminden oluşan hücresine, harici bir DC voltaj kaynağından, elektrik enerjisi uygulanması sonucu, ışık enerjisi üreten devre elemanıdır. En tipik örneği LED'lerdir.
Enerji sistemlerinde, OPTO - ELEKTRONİK elemanlardan; LED ve FOTO-COUPLER (Foto-Kaplır) kullanıldığından, bu iki eleman ders kapsamında, Fotosel, Solarsel ve Fotodiyot ise bilgi kaynağı olarak verilmiştir.
SOLARSEL (PHOTOVOLTAİC CELL)
Tanım : Işık enerjisini, elektrik enerjisine dönüştüren bir DC üreteçtir.
Işık enerjisinin yoğunluğu arttığı zaman, terminalleri arasında oluşan voltajda artar.
Sembolü: Çoğunlukla aşağıdaki sembollerle ifade edilir.Yapısı: Metal taban plakası üzerine yerleştirilmiş P-N yarıiletken eklemidir. Üstte metal yüzük yer alır. Hücre, bağlantı terminalleri dışanda kalacak şekilde, pencereli bir mahfaza içine yerleştirilir.
İşlevi: Bir ışık hüzmesi, saydam cam pencere yoluyla Solarsei'in, ışığa duyarlı P tabakasına çarptığında, P-N eklem bölgesinde, -şarjlı elektronlar ve + şarjlı delikler oluşur. Elektronlar N tabakada, delikler ise P tabakada toplanır. Böylece, N tabakaya bağlı harici bağlantı terminali negatif, P tabakaya bağlı harici bağlantı terminalide pozitif olmak üzere bir DC üreteç oluşur. Işık yoğunluğu arttıkça, yeni elektro-delik çiftleri oluşarak, üretecin potansiyeli artar. Elde edilebilecek en büyük voltaj, doğal olarak, yalnız ışık şiddetine değil, aynı zamanda hücrenin boyutlarınada bağlıdır. Diğer bir ifadeyle, belli bir Solarsel'den ışık şiddetim artırarak, istenildiği büyüklükte voltaj elde edilemez.
Solarsel hücreler seri bağlanarak voltaj, parelel bağlanarak akım artırılabilir.
FOTOSEL (PHOTOCONDUCTİVE CELL)
Tanım : Işığın yoğunluğuna göre direnci değişen bir elemandır (Işık yoğunluğu arttıkça direnci azalır)
Sembolü : Çoğunlukla aşağıdaki sembollerle ifade edilir.
Yapısı: Arkadaki, üstten görünüş ve kesit resimlerinde görüldüğü gibi, cam veya seramikten yapılmış, yalıtkan taban üzerine, ince bir tabaka halinde, bakır katkılı, kadmiyum sülfid, kadmiyum selenid veya kurşun sülfid gibi ışığa duyarlı maddelerden yapılmış bir tabaka yerleştirilir.
En üstte ise, aralarında kıvrık bir açıklık kalacak şekilde iki metal plaka yerleştirilir. Elektrot olarak tanımlanan her bir plakaya, iki çubuk lehimlenerek Fotosel'in harici bağlantı uçları oluşturulur
Yukarıda açıklanan hücre, üzerinde saydam cam pencere bulunan plastik veya metal bir mahfaza içine yerleştirilir. Işık, cam pencere yoluyla, kıvrık kanaldan geçerek, ışığa duyarlı tabakaya ulaşır.
işlevi: Fotosel'in iki yöndeki direncide aynıdır. Bu bakımdan, hem AC hemde DC besleme voltajı ile kullanılabilir, direnci, tam karanlıkta birkaç yüz MΩ, tam aydınlıkta ise birkaç yüz Ω'dur.
Yukarıda, prensip şemada görüldüğü gibi, Fotosel'e normal bir ışık geliyorsa direnci düşüktür ve devreden yeterli akım geçerek, örneğin kapıyı kapalı tutan sinyal oluşur. Fotosel'e bir cismin gölgesi geldi-ğinde ise, direnci artar ve akım azalarak, kapıyı açtıran bir sinyal gönderilir. Benzer şekilde, akşam karanlığı ve sabah aydınlanması île ilgili kontrol devrelerinde kullanılabilir.

FOTODİYOT
Tanım : Işık yoğunluğuna bağlı olarak direnci değişen ve tek yönde akım ileten elemandır.
Sembolü : Fotodiyot, çoğunlukla aşağıdaki sembollerle tanımlanır.
Yapısı: Esasta, metal taban üzerine yerleştirilmiş P-N yarıiletken eklemidir. Silikon dioksit çerçeve, eklemi oksitlenmeden korumak için konulmuştur. En üstte, metal bir çerçeve bulunmaktadır. Hücre, bağlantı terminalleri dışarıda kalacak şekilde, cam pencereli bir mahfaza içine yerleştirilmiştir.


işlevi: Sabit voltajlı harici bir kaynağa ters polarmalı olarak bağlanır. Bu durumda, P-N eklemi içinde, negatif şarjlı elektronlar (+) terminale, pozitif şarjlı delikler ise (-) terminale doğru çekilirler. Fotodiyot karanlık ortamda ise, akım pratik olarak sıfırdır. Bu arada, bir ışık hüzmesi, pencere yoluyla P tabakasına ulaşırsa, yeni elektron ve delikler oluşur ve K→A yönünde iletim başlar. Işık şiddeti arttıkça, yeni elektron ve delikler nedeniyle, P-N ekleminin direnci azalır ve akım artar. Işık azalınca, akımda azalır. Diğer bir ifadeyle, Fotodiyot ışık şiddetine bağlı, değişken bir direnç olarak işlevini sürdürür.
Fotodiyot, Fotosel'e göre, daha zayıf ışıkla ve daha hızlı olarak çalışır.

FOTOTRANSİSTÖR
Tanım : Işık yoğunluğuna bağlı olarak, direncini (iletkenliğini) değiştirerek, akım, tek yönde ileten elemandır.


Sembolü : Aşağıdaki sembolle tanımlanır. Terminalleri C (Kollektör) B (Base) ve E (Emiter) olarak belirlenir. Çoğunlukla yalnız C ve E uçları kullanılır, B boştur.

Yapısı : Esasta N-P-N yarıiletken eklemidir. Işık hüzmesi Base'i teşkil eden P yaniletken tabakaya

yönlendirilir. Hücre, terminalleri dışarıda kalacak şekilde cam pencereli veya mercekli bir mahfaza içine yerleştirilir.
İşlevi : Karanlık bir ortamda, harici bir voltaj kaynağına bağlandığında, pratik olarak iletmez Bir ışık hüzmesi, Fototransistörün penceresi yoluyla, Base'i teşkil eden P tabakasına ulaşınca, ışıktaki fotonların etkisiyle, elektron ve delikler oluşur ve iletim başlar. Işık yoğunluğu arttıkça, aynı oluşumlar sonucu, N-P-N hücrenin iletkenliği artar (direnci azalır) ve daha çok akım iletir. Işık azalırsa, olay ters yönde gelişir.Aynı ışık yoğunluğunda, fototransistör; fotodiyota göre daha fazla akım üretir. Işık değişimini algılama hızı ise, fotodiyottan daha düşüktür.

Voltaj - Akım Karekteristiğî
LED doğru polarma ile çalışır. Tipik olarak, LED'e uygulanan voltajın 1.2 değerine ulaşmasından itibaren, akım hızla artar. Akım maksimum değerine ulaştığında, LED üzerindeki voltaj 1.6 volt'ta sabit kalır. Çoğunlukla 5 ila 50mA değerinde olması gereken akım, LED'e seri bağlanan bir dirençle sağlanır.

OPTOKUPLÖR

Tanım : Bir devredeki elektriksel bir işlevi, diğer bir devreye optik olarak aktaran ve LED ile FOTO-TRANSİSTÖR'den oluşan elemandır. FOTOKUPLÖR olarakta anılmaktadır.
Sembolü : Çoğunlukla aşağıdaki sembolle tanımlanır.A = Anot C = Kollektör K = Katot E = EmiterYapısı ve Tipleri: Optokuplör, daha önceki bölümlerde açıklanan, LED ve FOTOTRANSİSTÖR'den oluşur. İki eleman arasındaki ışık iletimi, mercekli bir kanal yoluyla yapılır. Aşağıda üç tip optokuplör görülmektedir.
işlevi: LED devresinden geçen akım ışık enerjisine dönüşerek, fototransistöre aktarılır. Fototransis-tör ışığı algılayarak, LED devresinden geçen akımla aynı karakterli (DC veya değişken) bir akım oluşturup, amaçlanan kontrol veya kumandayı sağlar.