Laser Diyod Çıkışının Darbelendirilmesi ve Çıkışının Algılanması

“Laser Diyod Çıkışının Darbelendirilmesi ve Çıkışının Algılanması” Deneyi (Deney)

Açma-Kapama Anahtarlama (ON-OFF Keying) ile Laser Darbelerinin Oluşumu

Kullanılan Malzemeler

1 adet LM555 Timer

· 1 adet BC548 NPN transistörü

· 2 adet 1 kΩ değerinde direnç

· 1 adet 4,7 kΩ değerinde direnç

· 1 adet 90 Ω değerinde direnç

· 1 adet 1 µF değerinde kapasitör

· 1 adet 6,8 µF değerinde kapasitör

· 1 adet “Laser Diode Module”

Deneyin Yapılışı

“Laser Diyod Çıkışının Darbelendirilmesi ve Çıkışının Algılanması” deneyinin ilk kısmını oluşturan “Açma-Kapama (ON-OFF Keying) ile Laser Darbelerinin Oluşumu” deneyi sayesinde elde edilecek verici devreyi oluşturan elemanlar board üzerine yerleştirildi.

Laserin ileri kutuplanması gerektiği tartışıldığında bu durumda; beyaz ucun negatif, turuncu ucun ise pozitif olarak kutuplanması gerektiği anlaşıldı.

Verici devreye uygulanacak +5 V değerinde DC besleme gerilim koşulu altında “Laser Diode Module” üzerinden geçecek akımın 50 mA değerinden daha düşük olması halinde devre optimum koşulu sağlayacaktı. Devrenin kesilmesi ile multimetreden ölçülen bu akım değeri

olarak elde edildiğinden dolayı devrenin çalışması için herhangi bir sorun gözlenmemiştir.

Deneyde LM555 Timer entegresi sayesinde, kullanılan devre elemanlarının değerlerine göre belli frekansta kare dalga üretimi (Astable Multivibratör) gerçekleştirilerek transistörün çıkışında yükseltilen çıkış genliği Laserin yanıp sönmesi olarak gözlenmiştir. Buna göre alıcı devreye gönderilecek olan Laser çıkışının periyodu, frekansı ve genliği şu şekilde elde edilmiştir:

ve

Bu durumda çıkış sinyalinin toplam periyodu:

iken, bu sinyalin frekansı:

olarak bulunur. Gerilim değeri ise osiloskop ekranından

olarak ölçülmüştür.

Sonuç:

“Açma-Kapama Anahtarlama (ON-OFF Keying) ile Laser Darbelerinin Oluşturulması” deneyinde LM555 Timer entegresi sayesinde, kullanılan devre elemanlarının değerlerine göre belli frekansta kare dalga üretimi (Astable Multivibratör) gerçekleştirilerek transistörün çıkışında yükseltilen çıkış genliği, Laserin yanıp sönmesi olarak gözlenmiştir. Böylece verici devre kurularak; LM555 Timer ile oluşturulan astable multivibratör sayesinde belli frekansta ve genlikte oluşturulan kare dalganın çıkışının BC548 NPN transistörü ile sürülmesi ve alıcı devreye gönderilmek üzere bu frekansta “Laser Diode Module” darbeleri oluşturulması sağlanmıştır.

6,8 µF değerindeki kapasitör, osiloskopla yapılan AC ölçümdeki rise time-fall time süresini etkilemektedir. Dolayısıyla bu kapasitörün değeri ne kadar düşük değerde olursa AC ölçümü daha sağlıklı gerçekleştirilecektir. Yine de her ihtimale karşı deneyde yapılan ölçümler, osiloskop DC konumundayken yapılmış ve AC konumundaki pürüzler görülmeden gözlemler rahatlıkla yapılabilmiştir.

Laser Darbelerinin Algılanması ve Şekillendirilmesi (Deney)

Kullanılan Malzemeler

· 1 adet 100 Ω değerinde direnç

· 1 adet 4,7 kΩ değerinde direnç

· 1 adet 10 kΩ değerinde direnç

· 1 adet 12 kΩ değerinde direnç

· 1 adet 47 kΩ değerinde direnç

· 1 adet 10 kΩ değerinde potansiyometre (%50)

· 1 adet 22 µF değerinde kapasitör

· 1 adet BPW34 foto-diyot

· 2 adet LF356 OPAMP

Deneyin Yapılışı

“Laser Diyod Çıkışının Darbelendirilmesi ve Çıkışının Algılanması” deneyinin ikinci ve son kısmını oluşturan “Laser Darbelerinin Algılanması ve Şekillendirilmesi” deneyi sayesinde elde edilecek alıcı devreyi oluşturan elemanlar board üzerine yerleştirildi.

Verici devredeki Laser darbelerinin alıcı devredeki foto-diyodun ışımayı algılama kısmı tarafından alınıp alınmadığı osiloskopla ölçülmüştür ve darbenin verici devre tarafından düzgün bir biçimde alındığı tespit edilmiştir. OPAMPlar devreye bağlanmadan önce çıkışta elde edilen bu sinyalin değeri

olarak görülmüştür.

· Laserin foto-diyodu görmesi engellendiğinde çıkışta bozulmalara da rastlanmıştır.

· Ardından devreye bağlanan ilk OPAMP ile bu gerilim değeri

değerine yükseltilebilmiştir (yaklaşık olarak iki kat).

Son olarak devreye bağlanan ikinci OPAMP ile hem bir “Schmitt Trigger” devresi oluşturulmuş hem de sinyalin daha da yükseltilmesi sağlanmıştır. Devrenin bu parçasının en önemli kısmı, Laserin yayılması sırasında saçılan ışımanın düzgün olmayan çıkış elde edilmesinin önlenmesinin sağlanmasıdır.

Sonuç olarak “Free Space Optic”in temeli olan bu iki devreden; verici devre üzerinden gönderilen Laser darbelerinin, alıcı devre tarafından algılanıp aynı frekansta ve fazda elde edilmesi sağlanmıştır.

Sonuç:

Birinci OPAMPın çıkışından alınan gerilim değerinin optimum değeri, Laser çıkışının bir mercekle foto-diyodun ışımayı algıladığı kısıma düşürülmesi ile sağlanabilirdi. Bu sayede genlik daha da artabilirdi.

Foto-diyodun üzerinden akan negatif yönlü akan akım, ilk OPAMP ile oluşturulan ters çeviren yükseltici ile pozitif olarak elde edilebilmiştir. Dolayısıyla bu durumda giriş ile çıkış arasında bir faz farkı söz konusu değildir.

Devrenin son kısmında potansiyometrenin değeri artırıldığında çıkış sinyalinin daha düzgün elde edilebilmesi sağlanmıştır. Çünkü devrede oluşan gürültü seviyesi, direncin değeri ile ters orantılı olarak değişmektedir. Böylece R değerinin artması, “Schmitt Trigger”in threshold seviyesini artırır. Bu seviyenin altında kalan voltaj değeri binary sıfır, üstünde kalan voltaj değeri de binary bir olarak belirlenir. Dolayısıyla R direncinin çok fazla artırılması, çıkışta herhangi bir sinyalin görünmemesine sebep olabilir. Buradan çıkarılacak sonuç da potansiyometrenin direnci ayarlanırken “trade-off” sağlanmasıdır.

Sonuç olarak “Laser Diyod Çıkışının Darbelendirilmesi ve Çıkışının Algılanması” deneyinin ikinci ve son kısmını oluşturan “Laser Darbelerinin Algılanması ve Şekillendirilmesi” deneyi sayesinde verici devreden algılanan Laser darbelerinin foto-diyot tarafından algılanması, foto-diyot üzerinden negatif yönlü akan akımın ters çeviren yükselteç ile yükseltilerek gerilim parametresine dönüştürülmesi sağlanmıştır. Verici devresinden bozularak gelen sinyal, çıkışta hem yükseltilebilmiş hem de düzeltilebilmiştir. Böylece hem alıcı hem de verici devre arasında herhangi bir elektriksel bağlantı olmadan optiksel olarak iletişim sağlanabilmiştir.

“Karanlık Algılayıcı (Twilight Detector)” deneyinde; fototransistörün üzerine ışık düştüğünde fototransistörün iletime geçmesi ile lambanın yanmadığı, ışık düşmediğinde ise foto-transistörün yalıtıma geçip transistörün beyzinin tetiklenmesiyle bu transistörün iletime geçmesinin lambanın yanmasına neden olduğu görülmüştür.

Son olarak “Laser Diyod Çıkışının Darbelendirilmesi ve Çıkışın Algılanması” deneyinde kullanılan malzemelerden Laserin (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) çalışma prensibi anlatılmıştır. Yapılan deneylerden “Açma-Kapama (ON-OFF Keying) ile Laser Darbelerinin Oluşumu” deneyi ile verici devresi oluşturulmuş ve verici devresi ile elde edilen Laser darbelerinin algılanması ve şekillendirilmesinin alıcı devre tarafından yükseltilip düzeltilerek çıkışta görülmesi sağlanmıştır.