Fotoğrafın kalbi Optoelektronik

Kapsamlı sensörlerin büyük çoğunluğu, en azından bağlantı açısından optik kabloları temel alır. Bu sensörler genellikle bir fotoeleman (çoğunlukla fotodiyot, daha nadiren fototransistör) ve uygun bir entegre devreden oluşur.

Gerekli durumlarda, bir veya daha fazla ışık kaynağı da eklenir. Bu ışık kaynakları, çoğunlukla LED diyotlar veya VCSEL (Dikey Boşluklu Yüzey Yayan Lazer) lazerlerdir. Sensör tasarımında kullanılan bileşenlerin yapısal detaylarını, elektriksel parametrelerini ve optik özelliklerini bilmek büyük önem taşır.

Özellikle aynı sınıfa ait olmayan bileşenler, farklı ticari isimler altında pazarlanabilir. Bu nedenle,

doğru bileşen seçimi yapılarak tasarım sürecinde ortaya çıkabilecek hataların önüne geçilebilir.

Fotorezistörler (LDR)

Fotorezistörler, Işık Bağımlı Dirençler (LDR - Light Dependent Resistor) olarak da bilinir ve günümüzde kullanılan en basit fotoelektrik bileşenlerden biridir (Şekil 1). P-N bağlantısı içermediğinden, kutuplanmamış elemanlar arasında yer alır.

Fotoğraf 1

Fotorezistörlerin en önemli avantajlarından biri son derece yüksek hassasiyetleridir (Fotoğraf 1). Çevredeki ışık seviyesinin yaklaşık 10 lüks gibi düşük bir değere çıkması bile, fotorezistörün direncinin 200 kat düşmesine neden olabilir. Bu özellik sayesinde, en basit devrelerde bile (örneğin bir gerilim bölücü devrede) rahatlıkla kullanılabilirler ve geniş bir uygulama yelpazesine sahiptirler.

Fotoğraf 2

Fotorezistörlerin en büyük dezavantajlarından biri, ani ışık değişimlerine karşı yavaş tepki süresine sahip olmalarıdır. Tipik bir fotorezistör, 20 ila 30 milisaniye arasında bir tepki süresine sahiptir. Bu nedenle, hızlı değişen ışık koşullarına duyarlı uygulamalarda kullanılamazlar. Ancak, LFO (Düşük Frekanslı Osilatör) gibi daha statik sistemler için yeterlidirler.

İlginç bir nokta olarak, fotorezistörlerin sadece geleneksel lehim bacaklı (THT) paketlerde bulunmadığını belirtmek gerekir (Fotoğraf 2). Daha derinlemesine bir araştırma yapıldığında, SMD tipi fotorezistörler (Fotoğraf 3) de bulunabilir. Bu bileşenler, SMD1210 boyutlarına yakın bir formda üretilir, ancak pratikte bu tür minyatür fotorezistörlerle karşılaşan elektronikçilerin sayısı oldukça azdır.

Şema 1

Fotoğraf 3 Kızılötesi aydınlatıcıya sahip bir IP kamera örneği ve bir fotorezistöre dayal bir alacakaranlık sensörü

Fotorezistörlerin en büyük dezavantajlarından biri, ani ışık değişimlerine karşı yavaş tepki süresine sahip olmalarıdır. Tipik bir fotorezistör, 20 ila 30 milisaniye arasında bir tepki süresine sahiptir. Bu nedenle, hızlı değişen ışık koşullarına duyarlı uygulamalarda kullanılamazlar. Ancak, LFO (Düşük Frekanslı Osilatör) gibi daha statik sistemler için yeterlidirler.

İlginç bir nokta olarak, fotorezistörlerin sadece geleneksel lehim bacaklı (THT) paketlerde bulunmadığını belirtmek gerekir (Şema1 ). Daha derinlemesine bir araştırma yapıldığında, SMD tipi fotorezistörler (Fotoğraf 4) de bulunabilir. Bu bileşenler, SMD1210 boyutlarına yakın bir formda üretilir, ancak pratikte bu tür minyatür fotorezistörlerle karşılaşan elektronikçilerin sayısı oldukça azdır.

---

Özel görevler için fototransistörler

Fotoğraf 5. SMD fototransistör TEMT6000X01

Diskret fototransistörler, hem görünür ışıkta hem de kızılötesi ışıkta çalışmak üzere tasarlanmış versiyonlarda bulunur. Kızılötesi ışık için üretilen fototransistörler, genellikle siyah bir merceğe sahiptir ve bu mercek, kızılötesi ışığı geçiren bir filtre görevi görür. Şeffaf muhafazaya sahip fototransistörler ise yaklaşık 400 ila 800 nm dalga boyundaki ışığı algılar ve genellikle ortam ışığı sensörleri (ALS - ambient light sensor) olarak adlandırılır.

Fotoğraf 5'de gösterilen örnek, Vishay marka TEMT6000X01 fototransistörüdür. Bu bileşen, standart 1206 kılıfındaki diğer fototransistörlerden neredeyse farksızdır (tek farkı, emiter bağlantısının çift çıkışlı olmasıdır, ancak bu durum bileşenin elektriksel parametreleri açısından kritik bir öneme sahip değildir).

Fotoğraf 6. SMD optik filtreli fototransistörler TEMT6200FX01

Daha farklı bir durum, optik filtreye sahip sensörler için geçerlidir. Bu filtre, insan gözüne benzer bir spektral hassasiyet profili oluşturur. Örneğin, TEMT6200FX01 ALS fototransistör sensörü (Fotoğraf 6), yeşil renkli bir muhafazaya sahiptir ve 700 nm'nin üzerindeki dalga boylarını engelleyerek yalnızca belirli bir spektrumu algılar. Ancak, 800 nm'den büyük dalga boylarında, hassasiyet tekrar yükselmeye başlar ve yakın kızılötesi bölgesinde maksimum seviyenin yaklaşık %30'una ulaşır.

Benzer bir yaklaşım, fotodiyot tabanlı ALS sensörlerinde de (Şekil 2) kullanılmaktadır. Bu sistemler, cihazın parlaklığını (örneğin ekran parlaklığını) otomatik olarak ayarlamak için tasarlanmıştır ve böylece daha doğal bir kullanıcı deneyimi sağlar. Standart geniş spektrumlu fotoelemanlar yerine bu tür özel filtreli bileşenlerin kullanılması, kullanıcı dostu bir his (feeling) oluşturmak amacıyla elektronik tasarımında yapılan yeniliklerin bir örneğidir.

Şekil 2. Tipik spektral hassasiyet özelliklerinin karşılaştırılması ALS fotodiyot sensörünün özellikleriyle insan gözünün analizi